【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心低功耗量子材料研究團(tuán)隊成功研制出一種直徑僅為22mm的緊湊型動態(tài)磁扭矩探測器，該設(shè)備磁矩測量靈敏度可達(dá)10-17 A·m2量級，兼容穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實驗裝置與各類小口徑商用磁體，填補(bǔ)了強(qiáng)磁場條件下對低維磁性和超導(dǎo)、量子功能材料、生物弱磁等材料進(jìn)行超高靈敏磁性測量的技術(shù)空白。相關(guān)研究成果以《緊湊型動態(tài)磁扭矩探測器》(Compact Dynamic Cantilever Magnetometry)為題發(fā)表在《科學(xué)儀器評論》(Review of Scientific Instruments)上。
 

　　強(qiáng)磁場下的磁性測量是表征強(qiáng)磁場條件下材料物性的一個關(guān)鍵手段。目前，強(qiáng)磁場下的磁性測量采用的是振動樣品磁強(qiáng)計，在快速變場條件下，由于背景信號干擾大，導(dǎo)致其靈敏度低，只能用于探測宏觀尺寸材料的磁性信息。隨著物質(zhì)科學(xué)的發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新奇的低維量子材料和量子物態(tài)，如量子磁性材料、二維超導(dǎo)材料、拓?fù)淞孔硬牧系?。這些材料的體積小，磁信號弱，因此迫切需要開發(fā)強(qiáng)磁場下的超靈敏磁測量系統(tǒng)，以適應(yīng)微、納尺度先進(jìn)功能材料的研究需求。
 

　　針對這一技術(shù)難題，研究團(tuán)隊設(shè)計出一種新型動態(tài)磁扭矩探測器。動態(tài)磁扭矩探測器是一種非常靈敏的磁性測量設(shè)備。該設(shè)備利用激光干涉測距技術(shù)，實時捕捉懸臂梁末端樣品引起的共振頻率變化，可以靈敏檢測單個微納尺度材料的磁性。而傳統(tǒng)動態(tài)磁扭矩探測器需借助三維精密定位臺對激光聚焦位置進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)，導(dǎo)致探頭直徑大于100mm，大大限制了其在小口徑商用磁體和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實驗裝置中的應(yīng)用。
 

　　研究團(tuán)隊提出并實現(xiàn)了一種激光自對焦補(bǔ)償技術(shù)，摒棄了繁重的機(jī)械定位裝置，成功將探頭直徑縮減至22 mm，使得設(shè)備兼容綜合物性測量系統(tǒng)(26 mm口徑)、Janis 9 T磁體和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實驗裝置(32 mm口徑)等多類磁體，并具有10-17 A·m2量級的磁矩測量靈敏度。該設(shè)備已成功測得二維磁性材料Cr2Ge2Te6的磁矩、磁各向異性參數(shù)，并在Kagome金屬ZrV6Sn6中清晰觀測到量子振蕩現(xiàn)象，充分驗證了其在強(qiáng)磁場下對微弱磁信號的靈敏探測能力。
 

　　該緊湊型動態(tài)磁扭矩探測器不僅大幅縮小了探頭體積、提升了系統(tǒng)兼容性，而且極大拓展了強(qiáng)磁場下超高靈敏磁性測量的應(yīng)用范圍，將為低維磁性材料、量子物態(tài)研究及生物磁學(xué)等前沿領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
 

　　該研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、安徽省科技廳的支持。
 

緊湊型動態(tài)磁扭矩探測器