自1879年美國物理學家埃德溫·赫伯特·霍爾（Edwin Herbert Hall）發(fā)現霍爾效應（Hall effect）以來，這一物理現象便成為材料電輸運性質研究領域的關鍵基石。隨著科學的發(fā)展和不斷細分，精準、高效且多功能的測量系統成為科研探索的核心訴求。Lake Shore 作為美國低溫設備制造商，研發(fā)推出的全新霍爾效應測量系統，可根據測試需求，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測量模塊或M91快速霍爾測試模塊，有效實現測量速度和精度的雙重提升。

搭載M81/M91測量模塊的霍爾效應測量系統

一、新一代多通道高精度低噪聲綜合電學測量儀M81-SSM

基于M81同步源測量模塊的霍爾效應測試系統是LakeShore 8400系列霍爾效應測試系統的全新升級，噪聲改善提升了2倍。該模塊巧妙地結合了直流和交流場測量功能的優(yōu)點，創(chuàng)新性的采用DC+AC的輸出方式，將遷移率測量范圍擴展至 0.001 cm²/V s。該模塊針對小信號科學研究實驗有更多優(yōu)化，測量更精準。整個模塊一體化程度高，配置有信號激勵源、測量模塊和鎖相濾波的整體解決方案，無需多個儀表混合輸出，面板操作直觀，簡單易上手。

M81同步源測量模塊

二、M91快速霍爾測量模塊

全新一代M91快速霍爾測量模塊采用了Lakeshore（號：9797965和10073151）的快速霍爾測量技術，主要針對低遷移率材料諸如光伏材料（太陽能電池材料）、熱電材料、有機材料等的測量。傳統測量模式下，DC無法測量低遷移率，而AC模式下耗時甚久，M91的快速霍爾技術有效解決了上述問題。這一全新技術從根本上改變了霍爾效應的測量方式，無需進行磁場極性的切換，使得DC場下測量速度極快，在某些情況下可將分析時間縮短數十倍。大多數常用材料的測量在幾秒鐘內即可完成分析。即使是高電阻（高達200GΩ）或低遷移率（~0.001 cm²/V s）的樣品一般也能在幾分鐘內完成。此外，在這項技術的加持下，M91快速霍爾測量模塊可以適配于各種類型的磁體（永磁體、電磁體、超導磁體）和系統使用，并且都有成熟的解決方案。

M91快速測量模塊

M91測試模塊與傳統霍爾測試對比表

三、MCS-EMP電磁體平臺

Lakeshore全新一代的霍爾效應系統采用其自主研發(fā)生產的MCS-EMP電磁體平臺提供背景磁場。MCS-EMP多用途電磁鐵平臺提供了自動化可變磁場實驗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、以及電磁體系統控制柜。根據需要，還可以選配光學接口。

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

MCS-EMP電磁體平臺	電磁體系統控制柜（ESC）

四、樣品組件

樣品組件由樣品腔和樣品卡組成。樣品腔內部設有高性能樣品插件，用于與樣品卡物理安裝和電氣連接。根據系統配置的不同，插件包括 8 個三軸連接器，用于為樣品提供保護信號，以進行電阻測量（最高可達 200 GΩ）。其圓形連接器包含溫度監(jiān)控導線、插入件標識和安全聯鎖，確保了測試的準確性和穩(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

根據不同類型和尺寸的樣品，MCS-EMP霍爾效應系統同樣提供了不同類型樣品卡供選擇。根據類型不同分為探針式樣品卡和焊盤式樣品卡；根據尺寸不同有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）

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

樣品旋轉組件

五、變溫選件

除了室溫測量外，MCS-EMP霍爾系統同樣提供高溫和低溫選件實現變溫測量。

低溫選件采用閉循環(huán)制冷機方式和低溫專用樣品卡實現10K-400K的變溫測量。

使用閉循環(huán)制冷機的電磁體平臺和低溫專用樣品卡

高溫選件采用采用高溫爐選件和高溫專用樣品卡，可實現室溫到1273K的高溫測量。目前市面上的霍爾效應系統，只有搭配MCS-EMP電磁體平臺和高溫選件的霍爾效應系統才能達到1273K的最高測量溫度。

使用高溫爐選件的電磁體平臺和高溫專用樣品卡

六、與其他磁體系統聯用

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

1. FastHall Station桌面級M91快速霍爾測試平臺

Lakeshore的桌面級M91快速霍爾測試平臺FastHall Station是由M91快速霍爾測量模塊與1.0T的永磁體組合使用進行霍爾測量。它同時還有室溫和77K單點溫度選件可選。

FastHall Station桌面級M91霍爾測試平臺	77K單點溫度選件

2. 與PPMS系統聯用

M91快速測試模塊可以與Quantum Design的綜合物性測量系統（PPMS）進行聯用，由PPMS提供變溫和磁場環(huán)境，M91完成霍爾測量。目前，PPMS的兩個型號Dynacool和VersaLab均有成熟的解決方案。

M91 FastHall測試模塊與PPMS系統聯用

3.與其他磁體定制

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

關于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是的極溫度和磁場條件下高精度測量和控制解決方案的創(chuàng)新者。主要產品包括低溫探針臺、振動樣品磁強計、霍爾效應測量系統、M81同步源測量系統、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動科學發(fā)展，其產品解決方案不斷創(chuàng)新，應用領域從物理實驗室到深太空科學探索不斷發(fā)展。

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1、Lake Shore霍爾效應測試系統https://www.chem17.com/usermanage/default.aspx?pro_promanage2、M91快速霍爾測試儀

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