磁强计

德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）发布公告称，该所研究人员在基于金刚石氮—空位（NV）中心的超灵敏激光阈值磁强计研究中取得重要进展，可通过受激发射实现64%的信号功率放大，并显示出创纪录的33%的超高对比度。该研究将为进一步开发用于室温和现有背景场下的高灵敏度磁场传感器铺平道路。相关成果发表在近日的《科学进展》杂志上。金刚石中的NV中心是由一个氮原子和一个碳空位组成的原子系统。在被绿色激光照射时，会激发出红光。由于这些原子级NV中心的光度取决于外部磁场的强度，因此它们可用于高空间分辨率的微磁场测量。研究人员成功制造出具有高密度NV中心的金刚石，进而研发高精细的NV激光腔，首次通过实验验证了激光阈值磁强计的理论原理。IAF研究人员扬杰斯克博士解释说：“由于其材料特性，具有高密度NV中心的金刚石在用作激光介质时可显著提高测量精度。”杰斯克团队通过CVD（化学气相沉积）工艺在金刚石生长中实现了高水平的氮掺杂，并使用电子束和热处理，在后处理中使NV密度增加了20—70倍。在表征过程中，他们优化了3个关键因素：高NV密度、通过高通量辐照实现取代氮的高转化率和高电荷稳定性，从而成功生产出具有高密度NV中心的高质量CVD金刚石。此前，NV中心已被用于量子磁传感，但信号一直是自发发射而不是受激发射或激光输出。现在，IAF的研究人员不仅通过受激发射实现了64%的信号功率增加，还创造了一项纪录：与磁场相关的发射显示出33%的对比度和毫瓦（mW）范围内的最大输出功率。

成果名称振动样品磁强计(MG VSM-150)单位名称北京科大分析检验中心有限公司联系人王立锦联系邮箱13260325821@163.com成果成熟度□研发阶段 □原理样机 □通过小试 &radic 通过中试 &radic 可以量产合作方式□技术转让 &radic 技术入股 &radic 合作开发 □其他成果简介：本仪器可用于检测各类物质（材料）内禀磁特性，如磁化强度Ms(&sigma s)、居里温度Tc、矫顽力Hc、剩磁Mr等。可间接得出其他的有关技术磁参量，如Bs、Br 、(BH)max和磁导率（包括初始磁导率）等。能绘制磁滞回线、起始磁化曲线、退磁曲线、热磁曲线等。测量样品可为粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料。仪器采用进口数字锁相放大器SR830和6 1/2数字多用表34401A采集磁矩和磁场或温度数据，大大提高了仪器的测量精度和稳定性。可原位测量磁性材料从液氮温区到500℃温区的磁性能随温度的变化曲线。主要技术指标:一、仪器锁相放大灵敏度2nV到1V有27档选择，时间常数从10&mu s到30s有14档选择。二、仪器磁矩测量范围10-3emu&mdash 100emu，最高灵敏度优于5× 10-5emu。三、相对精度优于± 1% （量程10emu时），重复性优于± 1% （量程30emu时）。四、磁场强度变化范围：0~1.5T之间 ，步进精度1 Oe（小场时）五、稳定性（量程10emu时）：预热1小时，连续24小时工作优于1%。六、温度范围：液氮温区到500摄氏度连续变化（用户可选购）。应用前景：本仪器可用于金属、合金及半导体材料的电阻变温测量。适合于高校科研院所科研测试及开设专业实验。目前该仪器已经应用在北京科技大学材料学院及哈尔滨工业大学深圳研究生院的研究生实验教学及课题组科研测量中，取得良好的成效。知识产权及项目获奖情况：本仪器又有完全自主知识产权和核心技术，曾在全国高校自制实验仪器设备评选活动中获得优秀奖。

磁电多铁性材料是指同时具有磁有序与电化有序的一类多功能材料，利用两种有序的共存和相互耦合，可以实现磁场调控电化或者电场改变磁性质。多铁性材料作为具有重要应用前景的自旋电子学材料体系获得了广泛研究，有望用于实现下一代信息存储器、可调微波信号处理器、超灵敏磁电传感器等领域。而实际应用要求材料同时具备大的电化强度以及强的磁电耦合效应，且这种兼容性在以往的单相多铁材料中很难存在。因此，寻找兼具这两种优异性能的单相多铁性材料是十分迫切但又具挑战的科学问题。 近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室龙有文研究员（Quantum Design公司用户）团队，利用特的高温高压技术，次成功制备了具有A位有序钙钛矿结构的BiMn3Cr4O12体系，并罕见地发现该单相材料同时具备大电化强度以及强磁电耦合效应。 图1 BiMn3Cr4O12的一系列磁电测试结果（a）磁化率及其居里-外斯定律拟合；（b）比热与介电常数；（c）热释电与电化强度；（d）磁化曲线；（e）低温热释电；（f）低温电化强度 通过磁化率、磁化强度、比热、介电常数、电化强度、电滞回线、高分辨电镜、同步辐射X光衍射与吸收谱、中子衍射等一系列综合结构表征与物性测试，龙有文团队发现，随着温度降低，BiMn3Cr4O12在135 K经历了一个铁电相变，在该铁电相变温度以下可观察到显著的电滞回线，并导致大电化强度的出现。 图2 BiMn3Cr4O12不同温度下的电滞回线，展示了大电化强度 当温度降低到125 K时，BiMn3Cr4O12经历了一个反铁磁相变，中子衍射证明该反铁磁转变源于B位Cr3+离子的G-型长程反铁磁有序，而A' 位的Mn3+离子仍未形成磁有序。在125 K以下，长程磁有序与铁电化共存，但该反铁磁序不能诱导电化相变，因此材料进入到具有大电化强度的类多铁相（电化强度可能会比较大，但磁电耦合很小）。 图3 磁场对BiMn3Cr4O12电化的调控，展示了强的磁电耦合效应 当温度继续降低至48 K时，A' 位的Mn3+离子也实现G-型长程反铁磁有序，并且A' 位Mn3+离子与B位Cr3+离子一起组成的自旋有序结构导致化磁点群的形成，可以打破空间反演对称性。因此，48K时的反铁磁相变诱导另一个铁电相变，伴随强的磁电耦合效应的出现，此时材料同时呈现二类多铁相（材料具有较强的磁电耦合，但电化强度往往很弱）。由此可见，低温下BiMn3Cr4O12既包含类多铁相又包含二类多铁相，从而大的电化强度与强的磁电耦合效应在这一单相多铁材料中同时实现，突破了以往这两种效应在单相材料中难以兼容的瓶颈，大大推进多铁性材料的潜在应用。 相关研究结果于近期发表在Adv. Mater. 29, 1703435（2017）, 并被该期刊选为Inside Cover。该工作获得了国内外同行的广泛合作，同时获得了科技部、自然科学基金委、中国科学院等项目的支持。 文章来源：（中国科学院物理研究所 | 北京凝聚态物理实验室，终解释权归中国科学院物理研究所 | 北京凝聚态物理实验室官网所有） 相关产品：SuperME 多铁材料磁电测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C148929.htm TEGeta 多功能热电材料测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C277658.htm完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17089.htm多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C19330.htm