直径只有22毫米!紧凑型动态磁扭矩探测器问世

近日，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小组成功开发了一种直径仅22mm的紧凑型动态磁扭矩探测器。该设备的磁矩测量灵敏度可达10-17平方米，兼容稳态强磁场实验装置和各种小口径商用磁体，填补了在强磁场条件下测量低维磁性和超导、量子功能材料和生物弱磁材料的技术空白。相关研究成果发表在《科学仪器评论》上。

强磁场下的磁性测量是表示强磁场条件下材料物理性质的关键手段。目前，强磁场下的磁性测量采用振动样品磁性强度计。在快速变场条件下，由于背景信号干扰大，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，出现了许多新颖的低维量子材料，如量子磁性材料、二维超导材料、拓扑量子材料等。这些材料体积小，磁信号弱，迫切需要在强磁场下开发超灵敏磁性测量系统，以满足先进功能材料的研究需求。

针对这一技术问题，研究小组设计了一种新型的动态磁扭矩探测器。动态磁扭矩探测器是一种非常敏感的磁性测量设备。该设备采用激光干扰测距技术，实时捕捉悬臂梁末端样品引起的共振频率变化，可灵敏检测单个微纳尺度材料的磁性。传统的动态磁扭矩探测器需要利用三维精密定位台调节激光聚焦位置的温度补偿，导致探头直径大于100毫米，极大地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。

研究小组提出并实现了激光自对焦补偿技术，放弃了重型机械定位装置，成功将探头直径缩小到22mm，使设备与综合物理测量系统兼容，Janis?9特斯拉磁体、稳态强磁场实验装置等磁体具有10-17平方米磁矩测量灵敏度。该设备成功测量了二维磁性材料铬锗的磁矩和磁各向异性参数，清晰地观察到笼金属锆钒锡中的量子振荡现象，充分验证了其在强磁场下对弱磁信号的敏感检测能力。

据研究人员介绍，紧凑型动态磁扭矩探测器不仅大大缩小了探头体积，提高了系统兼容性，而且大大扩大了强磁场下超高灵敏磁性测量的应用范围，为低维磁性材料、量子物态研究和生物磁学等前沿领域提供了强有力的技术支持。