牛津仪器纳米科学部输运测量简介

作者 Ben Yager 和 Abi Graham

牛津仪器纳米科学部的TeslatronPT系统可以为多种应用提供一个高磁场和低温环境的测试平台。这其中当然也包括了电输运测量（见图1），低维物理和自旋电子学。在这篇文章中，我们想介绍什么是电输运测量以及成功测量所需的条件。

电输运测量对于现代凝聚态物质研究的许多邻域都至关重要。例如拓扑和量子系统、新型超导材料、二维和设计材料等。当系统受到各种外部条件（包括温度、磁场和电场）的影响时，需要运用多种测量技术来理解并对系统的电气特性建模分析，例如电阻率、载流子迁移率和霍尔电压。

广义上的输运测量，表征了物体如何通过某种介质进行运动动或传导。以及何种因素影响其运动。在凝聚态物质系统中，这些“因素”通常是电输运中的电子或者热输运中的能量。

测量的目的是了解影响输运的机制，以增加对基础理论的理解。发现新的奇异输运行为并设计新的材料。

石墨烯是TeslatronPT电输运测量中一个值得注意的应用。Konstantin Novoselov教授和Andre Geim教授于2004年发现了石墨烯，并于2010年因其工作而获得诺贝尔奖。我们的TeslatronPT系统帮助研究人员了解石墨烯中的量子霍尔效应，并阐明其独特的结构和性质。石墨烯具有许多优异特性，包括高导电性和导热性、高电子迁移率、可调性、透明性、大断裂强度和化学稳定性。这些特性使其非常适合用于下一代电子器件。

牛津仪器纳米科学部门的TeslatronPT是一个极其通用且易用的测量平台。它有一个直径为50毫米的实验空间，温度范围为1.5 K至300 K，磁场范围最大为-14 T至14 T。通过选配HelioxVT（He3）和KelvinoxJT（稀释制冷）插杆，温度范围可以扩展到毫开尔文范围。磁体也可以通过选装6/1/1 T矢量旋转磁铁进行拓展。低温对于一个强磁场系统的作用通常是使磁能明显大于热能。在这种情况下，热涨落被抑制，电磁相互作用将占据主导。因此在低温和高磁场下会出现一些有趣的现象。

TeslatronPT可以提供进行成功测量所需要的稳定的温度和磁场控制。但用户仍然需要仔细考虑样品的传热，线缆的选择和适当的接地以实现低噪声测量。

未来，我们通过与Lake Shore Cryotronics合作来优化TeslatronPT上一系列电输运测量。M81同步源测量系统能够在一台仪器中在直流，交流和锁相测量之间切换，甚至不需要改变接线。此外，Lake Shore 的 M91 FastHall 控制器无需反转磁场即可进行霍尔测量。

从半导体中电子与电场的相互作用（这对所有数字逻辑电路都是必不可少的）到电子与磁场的相互作用（用于大多数发电和电动机），对电传输的理解支撑着现代世界。我们很高兴参与这项工作，它允许研究人员探寻，研究甚至发现新材料。有朝一日这些材料可能成为下一代设计材料的基石或半导体和超导体的未来。

图1: Temperature-dependent resistivity of a NbTi superconductor measured in TeslatronPT

Ben Yager
高级测量科学家

Abi Graham
测量科学家