自1879年美國物理學家埃德溫·赫伯特·霍爾（Edwin Herbert Hall）發現霍爾效應（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點，創新性的采用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控導線、插入件標識和安全聯鎖，確保了測試的準確性和穩定性。

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展，其產品解決方案不斷創新，應用領域從物理實驗室到深太空科學探索不斷發展。

相關產品

1、Lake Shore霍爾效應測試系統http://www.24590.cn/usermanage/default.aspx?pro_promanage2、M91快速霍爾測試儀

http://www.24590.cn/st166724/product_38146280.html