圖1. B = 14 T 時(shí) CNP 附近測(cè)得的聲表面波相移和經(jīng)度電阻的比較

◆ 突破性研究中的核心挑戰(zhàn)

研究團(tuán)隊(duì)在1.8 K極低溫和14T強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下，通過聲表面波技術(shù)探測(cè)轉(zhuǎn)角雙層石墨烯(TBG)的量子物態(tài)。由于聲波信號(hào)在穿透樣品時(shí)產(chǎn)生的電壓響應(yīng)極其微弱(微伏級(jí))，且強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境會(huì)引入嚴(yán)重電磁干擾，傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)高精度信號(hào)提取。這一難題直接關(guān)系到能否解析出朗道能級(jí)、陳絕緣態(tài)等關(guān)鍵量子態(tài)的特征信號(hào)。

◆ OE2052鎖相放大器的核心技術(shù)貢獻(xiàn)

在該研究中，OE2052鎖相放大器通過兩大核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)助力突破：

1.強(qiáng)磁場(chǎng)抗干擾能力

在14T超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的極端電磁噪聲中，OE2052成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)259.75MHz高頻聲波信號(hào)的相位偏移(Δθ)和振幅衰減(「 )的納米級(jí)精度測(cè)量，信噪比提升超百倍。

2.量子態(tài)探測(cè)靈敏度突破

憑借亞微伏級(jí)電壓分辨率，OE2052幫助團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到傳統(tǒng)電輸運(yùn)無(wú)法捕捉的v_L = -1朗道能級(jí)(圖1)以及陳絕緣體在強(qiáng)磁場(chǎng)下的持續(xù)存在(圖2)。這些發(fā)現(xiàn)直接揭示了摩爾系統(tǒng)的高頻電導(dǎo)率特性，為理解關(guān)聯(lián)電子態(tài)的動(dòng)力學(xué)行為開辟新途徑。

圖2. 通過聲表面波傳輸?shù)碾妷旱臍w一化相位與摩爾填充因子和垂直磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系

◆ 推動(dòng)量子材料研究的未來(lái)應(yīng)用

該研究證實(shí)聲表面波技術(shù)是探測(cè)絕緣態(tài)、拓?fù)鋺B(tài)等脆弱量子相的有效手段，而OE2052鎖相放大器在此類非接觸式測(cè)量中展現(xiàn)出獨(dú)特價(jià)值：

- 解決納米器件電接觸難題：避免傳統(tǒng)電極制備對(duì)摩爾樣品的損傷

- 高頻電導(dǎo)率解析：實(shí)現(xiàn)MHz級(jí)電導(dǎo)率測(cè)量(圖3)，揭示關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)的頻散特性

- 為新材料研究提供通用平臺(tái)：特別適用于二維半導(dǎo)體、過渡金屬硫化物等低電導(dǎo)率體系

圖3. 通過聲表面波計(jì)算的高頻電導(dǎo)率

(a) 縱向傳輸電阻率 ρxx(黑色)和聲表面波重建電阻率 ρω，頻率為 fc = 259.75 MHz(紅色)，由聲表面波相移計(jì)算得出，是零磁場(chǎng)下摩爾填充因子v的函數(shù)

(b) 磁場(chǎng)下 v = +2 時(shí)的縱向電導(dǎo)率 σxx 和聲表面波重構(gòu)電導(dǎo)率 σω

(c) 在零磁場(chǎng)下，v = +2 和 +4 時(shí)，ρxx 和 ρω 作為聲功率 P 的函數(shù)的比較

(d) 電子在 Enk 和 Emk 之間轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的直流帶間電導(dǎo)率

(e) Enk和Emk±ΔEω之間電子轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的交流帶間電導(dǎo)率;與 nF(Emk)相比，半填充時(shí)的小平帶色散導(dǎo)致 nF(Emk±ΔEω)顯著降低，從而抑制了高頻電導(dǎo)率

(f) 由于頻帶色散較大，交流電導(dǎo)率沒有受到影響。

◆ 國(guó)產(chǎn)高靈敏度鎖相放大器突破封鎖 助力國(guó)家科研事業(yè)穩(wěn)步向前

論文致謝部分特別指出(Page 6)：

"We thank Prof. Zixin Wang from Sun Yat-Sen University and Huihui Meng from Guangzhou Sine Scientific Instrument Co., Ltd., for providing a high-sensitivity lock-in amplifier (Model OE2052) for this research."

我司技術(shù)負(fù)責(zé)人表示：“OE2052的設(shè)計(jì)創(chuàng)新使用了雙ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)化器)結(jié)構(gòu)，低頻段采用24位的ADC實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，高頻段采用高速14位的ADC實(shí)現(xiàn)超高帶寬測(cè)量，實(shí)現(xiàn)高精度與超高帶寬的完美結(jié)合。其設(shè)計(jì)目標(biāo)之一就是為極端條件物性測(cè)量提供‘電子顯微鏡級(jí)’的信號(hào)解析能力，此次在摩爾量子態(tài)研究中的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)高端儀器支撐前沿基礎(chǔ)科學(xué)的能力?！?/p>

此項(xiàng)突破性研究不僅開辟了聲波探測(cè)摩爾量子相的新范式，更標(biāo)志著中國(guó)自主研制的科研儀器在凝聚態(tài)物理前沿領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。隨著摩爾電子學(xué)、量子聲學(xué)等新興領(lǐng)域的發(fā)展，OE2052系列高靈敏測(cè)量設(shè)備將為揭示量子材料的本征物性提供強(qiáng)大技術(shù)引擎。

審核編輯 黃宇