中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托完成... 更多简介 +
中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心低功耗量子材料研究团队近日成功研制出一种直径仅为22 mm的紧凑型动态磁扭矩探测器，该设备不仅兼容稳态强磁场实验装置与各类小口径商用磁体，而且磁矩测量灵敏度可达10-17 A·m2量级，填补了强磁场条件下对低维磁性和超导、量子功能材料、生物弱磁等材料进行超高灵敏磁性测量的技术空白。
强磁场下的磁性测量是表征强磁场条件下材料物性的一个关键手段。目前，强磁场下的磁性测量采用的是振动样品磁强计，在快速变场条件下，背景信号强，导致灵敏度低，只能用于探测宏观尺寸材料的磁性信息。随着物质科学的发展，涌现出很多新奇的低维量子材料和量子物态，如量子磁性材料、二维超导材料、拓扑量子材料等。这些材料的体积小，磁信号弱，因此迫切需要开发强磁场下的超灵敏磁测量系统，以适应微、纳尺度先进功能材料的研究需求。
针对这一技术难题，研究团队设计出一种新型动态磁扭矩探测器。动态磁扭矩探测器是一种非常灵敏的磁性测量设备。该设备利用激光干涉测距技术，实时捕捉悬臂梁末端样品引起的共振频率变化，可以灵敏检测单个微纳尺度材料的磁性。而传统动态磁扭矩探测器需借助三维精密定位台对激光聚焦位置进行温度补偿调节，导致探头直径大于100 mm，大大限制了其在小口径商用磁体和稳态强磁场实验装置中的应用。
研究团队提出并实现了一种激光自对焦补偿技术，摒弃了繁重的机械定位装置，成功将探头直径缩减至22 mm，使得设备兼容综合物性测量系统（26 mm口径）、Janis 9 T磁体和稳态强磁场实验装置（32 mm口径）等多类磁体，并具有10-17 A·m2量级的磁矩测量灵敏度。该设备已成功测得二维磁性材料Cr2Ge2Te6的磁矩、磁各向异性参数，并在Kagome金属ZrV6Sn6中清晰观测到量子振荡现象，充分验证了其在强磁场下对微弱磁信号的灵敏探测能力。
该紧凑型动态磁扭矩探测器不仅大幅缩小了探头体积、提升了系统兼容性，而且极大拓展了强磁场下超高灵敏磁性测量的应用范围，将为低维磁性材料、量子物态研究及生物磁学等前沿领域提供强有力的技术支撑。
相关研究成果以《紧凑型动态磁扭矩探测器》（‘’Compact Dynamic Cantilever Magnetometry‘’）为题发表在《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）上。研究工作得到科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、安徽省科技厅的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0259803
紧凑型动态磁扭矩探测器
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