自1879年美國(guó)物理學(xué)家埃德溫·赫伯特·霍爾（Edwin Herbert Hall）發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)（Hall effect）以來(lái)，這一物理現(xiàn)象便成為材料電輸運(yùn)性質(zhì)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵基石。隨著科學(xué)的發(fā)展和不斷細(xì)分，精準(zhǔn)、高效且多功能的測(cè)量系統(tǒng)成為科研探索的核心訴求。Lake Shore 作為美國(guó)低溫設(shè)備制造商，研發(fā)推出的全新霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)，可根據(jù)測(cè)試需求，搭載其自主研發(fā)的新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測(cè)量模塊或M91快速霍爾測(cè)試模塊，有效實(shí)現(xiàn)測(cè)量速度和精度的雙重提升。

搭載M81/M91測(cè)量模塊的霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)

一、新一代多通道高精度低噪聲綜合電學(xué)測(cè)量?jī)xM81-SSM

基于M81同步源測(cè)量模塊的霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)是LakeShore 8400系列霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的全新升級(jí)，噪聲改善提升了2倍。該模塊巧妙地結(jié)合了直流和交流場(chǎng)測(cè)量功能的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性的采用DC+AC的輸出方式，將遷移率測(cè)量范圍擴(kuò)展至 0.001 cm²/V s。該模塊針對(duì)小信號(hào)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)有更多優(yōu)化，測(cè)量更精準(zhǔn)。整個(gè)模塊一體化程度高，配置有信號(hào)激勵(lì)源、測(cè)量模塊和鎖相濾波的整體解決方案，無(wú)需多個(gè)儀表混合輸出，面板操作直觀，簡(jiǎn)單易上手。

M81同步源測(cè)量模塊

二、M91快速霍爾測(cè)量模塊

全新一代M91快速霍爾測(cè)量模塊采用了Lakeshore（號(hào)：9797965和10073151）的快速霍爾測(cè)量技術(shù)，主要針對(duì)低遷移率材料諸如光伏材料（太陽(yáng)能電池材料）、熱電材料、有機(jī)材料等的測(cè)量。傳統(tǒng)測(cè)量模式下，DC無(wú)法測(cè)量低遷移率，而AC模式下耗時(shí)甚久，M91的快速霍爾技術(shù)有效解決了上述問(wèn)題。這一全新技術(shù)從根本上改變了霍爾效應(yīng)的測(cè)量方式，無(wú)需進(jìn)行磁場(chǎng)極性的切換，使得DC場(chǎng)下測(cè)量速度極快，在某些情況下可將分析時(shí)間縮短數(shù)十倍。大多數(shù)常用材料的測(cè)量在幾秒鐘內(nèi)即可完成分析。即使是高電阻（高達(dá)200GΩ）或低遷移率（~0.001 cm²/V s）的樣品一般也能在幾分鐘內(nèi)完成。此外，在這項(xiàng)技術(shù)的加持下，M91快速霍爾測(cè)量模塊可以適配于各種類型的磁體（永磁體、電磁體、超導(dǎo)磁體）和系統(tǒng)使用，并且都有成熟的解決方案。

M91快速測(cè)量模塊

M91測(cè)試模塊與傳統(tǒng)霍爾測(cè)試對(duì)比表

三、MCS-EMP電磁體平臺(tái)

Lakeshore全新一代的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)采用其自主研發(fā)生產(chǎn)的MCS-EMP電磁體平臺(tái)提供背景磁場(chǎng)。MCS-EMP多用途電磁鐵平臺(tái)提供了自動(dòng)化可變磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所需的所有基本組件，包括兩種尺寸可選（4英寸/7英寸）的電磁體，兩種尺寸可選（2英寸/4英寸）的磁極帽和磁體底座、以及電磁體系統(tǒng)控制柜。根據(jù)需要，還可以選配光學(xué)接口。

電磁體系統(tǒng)控制柜中的各個(gè)組件也均由Lakeshore自主研發(fā)生產(chǎn)，包括643/648型高可靠性線性磁體電源、F71型多軸高斯計(jì)和單軸磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)探頭，以及功能強(qiáng)大的專用MeasureLINK-MCS操作軟件和儀器控制臺(tái)。

MCS-EMP電磁體平臺(tái)	電磁體系統(tǒng)控制柜（ESC）

四、樣品組件

樣品組件由樣品腔和樣品卡組成。樣品腔內(nèi)部設(shè)有高性能樣品插件，用于與樣品卡物理安裝和電氣連接。根據(jù)系統(tǒng)配置的不同，插件包括 8 個(gè)三軸連接器，用于為樣品提供保護(hù)信號(hào)，以進(jìn)行電阻測(cè)量（最高可達(dá) 200 GΩ）。其圓形連接器包含溫度監(jiān)控導(dǎo)線、插入件標(biāo)識(shí)和安全聯(lián)鎖，確保了測(cè)試的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

樣品組件（左）和樣品插件（右）	室溫樣品腔（左）和光學(xué)室溫樣品腔（右）
樣品組件頂部與三軸線纜連接	樣品組件底部與樣品卡連接

根據(jù)不同類型和尺寸的樣品，MCS-EMP霍爾效應(yīng)系統(tǒng)同樣提供了不同類型樣品卡供選擇。根據(jù)類型不同分為探針式樣品卡和焊盤式樣品卡；根據(jù)尺寸不同有10 mm和50 mm兩種尺寸可選，50 mm只有探針式樣品卡。

10mm探針樣品卡（左）、10mm焊盤式樣品卡（中）、50mm探針式樣品卡（右）

為了滿足角度測(cè)量需求，MCS電磁體平臺(tái)同樣配備了樣品旋轉(zhuǎn)組件。EMP-HP-ROTATE 樣品旋轉(zhuǎn)選件為 MCS-EMP 電磁體平臺(tái)增加了0°至360°手動(dòng)樣品旋轉(zhuǎn)功能。該組件作為樣品腔的選件，也可以與變溫選件聯(lián)用。樣品旋轉(zhuǎn)組件適用于 10 毫米大小的樣品卡，不能與50mm尺寸的樣品卡使用。

樣品旋轉(zhuǎn)組件

五、變溫選件

除了室溫測(cè)量外，MCS-EMP霍爾系統(tǒng)同樣提供高溫和低溫選件實(shí)現(xiàn)變溫測(cè)量。

低溫選件采用閉循環(huán)制冷機(jī)方式和低溫專用樣品卡實(shí)現(xiàn)10K-400K的變溫測(cè)量。

使用閉循環(huán)制冷機(jī)的電磁體平臺(tái)和低溫專用樣品卡

高溫選件采用采用高溫爐選件和高溫專用樣品卡，可實(shí)現(xiàn)室溫到1273K的高溫測(cè)量。目前市面上的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)，只有搭配MCS-EMP電磁體平臺(tái)和高溫選件的霍爾效應(yīng)系統(tǒng)才能達(dá)到1273K的最高測(cè)量溫度。

使用高溫爐選件的電磁體平臺(tái)和高溫專用樣品卡

六、與其他磁體系統(tǒng)聯(lián)用

M91快速霍爾測(cè)量技術(shù)，由于測(cè)量過(guò)程中磁極不需要反轉(zhuǎn)，使得其可以有效適配于各種類型的磁體和系統(tǒng)。目前，對(duì)于不同類型的磁體系統(tǒng)，均有成熟的解決方案和產(chǎn)品供選擇。

1. FastHall Station桌面級(jí)M91快速霍爾測(cè)試平臺(tái)

Lakeshore的桌面級(jí)M91快速霍爾測(cè)試平臺(tái)FastHall Station是由M91快速霍爾測(cè)量模塊與1.0T的永磁體組合使用進(jìn)行霍爾測(cè)量。它同時(shí)還有室溫和77K單點(diǎn)溫度選件可選。

FastHall Station桌面級(jí)M91霍爾測(cè)試平臺(tái)	77K單點(diǎn)溫度選件

2. 與PPMS系統(tǒng)聯(lián)用

M91快速測(cè)試模塊可以與Quantum Design的綜合物性測(cè)量系統(tǒng)（PPMS）進(jìn)行聯(lián)用，由PPMS提供變溫和磁場(chǎng)環(huán)境，M91完成霍爾測(cè)量。目前，PPMS的兩個(gè)型號(hào)Dynacool和VersaLab均有成熟的解決方案。

M91 FastHall測(cè)試模塊與PPMS系統(tǒng)聯(lián)用

3.與其他磁體定制

除了現(xiàn)有的解決方案外，M91快速霍爾測(cè)量模塊也可以根據(jù)需求，與其他品牌的磁體和恒溫器或者客戶現(xiàn)有的磁場(chǎng)和溫度環(huán)境結(jié)合使用。如有上述定制化的使用需求，可以聯(lián)系我們溝通解決方案。

關(guān)于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國(guó)Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是的極溫度和磁場(chǎng)條件下高精度測(cè)量和控制解決方案的創(chuàng)新者。主要產(chǎn)品包括低溫探針臺(tái)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)、霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)、M81同步源測(cè)量系統(tǒng)、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計(jì)及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動(dòng)科學(xué)發(fā)展，其產(chǎn)品解決方案不斷創(chuàng)新，應(yīng)用領(lǐng)域從物理實(shí)驗(yàn)室到深太空科學(xué)探索不斷發(fā)展。

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