鎖相放大器OE1022應(yīng)用在二維鐵磁自旋相關(guān)性的測量

在2023年的這項(xiàng)突破性研究中，重慶大學(xué)柴一晟與孫陽團(tuán)隊巧妙地利用了賽恩科儀（Sine Scientific Instruments）OE1022數(shù)字鎖相放大器卓越的信號處理能力，成功揭示了準(zhǔn)二維磁性材料中微妙的自旋關(guān)聯(lián)特性。

實(shí)驗(yàn)的核心挑戰(zhàn)在于探測居里溫度附近極其微弱的磁電信號。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一套高靈敏度的復(fù)合磁電測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)將Cr?Ge?Te?（CGT）和Cr?Si?Te?（CST）等準(zhǔn)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(dāng)樣品發(fā)生磁致伸縮時，會通過應(yīng)變耦合誘導(dǎo)壓電層產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。正是在這一環(huán)節(jié)，OE1022鎖相放大器成為了捕捉“真相”的關(guān)鍵之眼。

OE1022之所以能勝任這一高難度任務(wù)，得益于其出色的硬件參數(shù)與功能設(shè)計。首先，其超低輸入噪聲（< 5 nV/√Hz）和高動態(tài)儲備（> 120 dB），使其能夠從復(fù)雜的背景噪聲中精準(zhǔn)提取出由自旋漲落引發(fā)的納伏級（nV）微弱響應(yīng)信號。其次，該儀器具備雙通道獨(dú)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(diǎn)附近的能量耗散與存儲特性至關(guān)重要。

在具體操作中，研究人員利用OE1022的高精度解調(diào)功能，配合外部參考信號模式，實(shí)現(xiàn)了與交流磁場源的完美同步。其1 mHz至102 kHz的寬頻響應(yīng)范圍完美覆蓋了實(shí)驗(yàn)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?qū)崟r監(jiān)控X、Y、R、θ等多維數(shù)據(jù)，無論是以數(shù)字、條形圖還是坐標(biāo)圖的形式，都能清晰地展示信號在臨界點(diǎn)附近的動態(tài)變化。

通過這套精密的測量系統(tǒng)，團(tuán)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(diǎn)”。在這一點(diǎn)上，OE1022記錄到的磁電信號出現(xiàn)了異常的顯著增強(qiáng)，直接證實(shí)了此處鐵磁自旋-自旋相關(guān)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(tǒng)同樣表現(xiàn)出色，清晰地揭示了其在Néel溫度以上缺乏短程自旋相關(guān)性的特征。

綜上所述，這項(xiàng)研究不僅深化了我們對二維磁性材料臨界現(xiàn)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(chǎn)科學(xué)儀器，在前沿基礎(chǔ)科研領(lǐng)域中的強(qiáng)大支撐能力。其優(yōu)異的穩(wěn)定性、高靈敏度和靈活的多參數(shù)顯示功能，為探索低維量子材料的未知特性提供了堅實(shí)的技術(shù)保障。