鎖相放大器OE1022應用在二維鐵磁自旋相關性的測量
在2023年的這項突破性研究中,重慶大學柴一晟與孫陽團隊巧妙地利用了賽恩科儀(Sine Scientific Instruments)OE1022數字鎖相放大器卓越的信號處理能力,成功揭示了準二維磁性材料中微妙的自旋關聯特性。
實驗的核心挑戰在于探測居里溫度附近極其微弱的磁電信號。為了應對這一挑戰,研究團隊構建了一套高靈敏度的復合磁電測量系統。該系統將Cr?Ge?Te?(CGT)和Cr?Si?Te?(CST)等準二維鐵磁樣品粘貼在PMN-PT壓電單晶上,利用Helmholtz線圈施加微弱的交流磁場(Hac = 1 Oe)。當樣品發生磁致伸縮時,會通過應變耦合誘導壓電層產生相應的電信號。正是在這一環節,OE1022鎖相放大器成為了捕捉“真相”的關鍵之眼。
OE1022之所以能勝任這一高難度任務,得益于其出色的硬件參數與功能設計。首先,其超低輸入噪聲(< 5 nV/√Hz)和高動態儲備(> 120 dB),使其能夠從復雜的背景噪聲中精準提取出由自旋漲落引發的納伏級(nV)微弱響應信號。其次,該儀器具備雙通道獨立輸入,能夠同步采集磁電信號的同相分量(V′)和反相分量(V″),這對于精確解析材料在相變點附近的能量耗散與存儲特性至關重要。
在具體操作中,研究人員利用OE1022的高精度解調功能,配合外部參考信號模式,實現了與交流磁場源的完美同步。其1 mHz至102 kHz的寬頻響應范圍完美覆蓋了實驗所需的頻率窗口。此外,OE1022配備的5.6英寸TFT彩色顯示屏和直觀的軟件界面,使得科研人員能夠實時監控X、Y、R、θ等多維數據,無論是以數字、條形圖還是坐標圖的形式,都能清晰地展示信號在臨界點附近的動態變化。

通過這套精密的測量系統,團隊成功觀測到了鐵磁材料Cr?Ge?Te?和Cr?Si?Te?在居里溫度附近的“三重點”。在這一點上,OE1022記錄到的磁電信號出現了異常的顯著增強,直接證實了此處鐵磁自旋-自旋相關性的大幅提高。相比之下,在反鐵磁材料MnBi?Te?的測量中,該系統同樣表現出色,清晰地揭示了其在Néel溫度以上缺乏短程自旋相關性的特征。
綜上所述,這項研究不僅深化了我們對二維磁性材料臨界現象的理解,也充分展示了賽恩科儀OE1022鎖相放大器作為一款高性能國產科學儀器,在前沿基礎科研領域中的強大支撐能力。其優異的穩定性、高靈敏度和靈活的多參數顯示功能,為探索低維量子材料的未知特性提供了堅實的技術保障。
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