CN108680770B - 一种通用型低噪声电学测量样品杆 - Google Patents

一种通用型低噪声电学测量样品杆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通用型低噪声电学测量样品杆，包括有空心管、基座、两根导线、绝缘线套和连接器，所述两根导线分别套上绝缘线套后双绞，双绞后的两根导线置于空心管中；所述空心管的一端设有密封头、另一端连接基座，所述基座包括实心小圆柱和实心半圆柱，所述空心管、实心小圆柱、实心半圆柱三者同轴连接，实心小圆柱上沿轴向开设有两个通孔，所述导线的一端穿过密封头与连接器相连，导线的另一端穿过基座的实心小圆柱中的通孔后置于基座的实心半圆柱上方，最后与待测样品相连。使用本发明所设计的样品杆能够实现小噪声的电学测量，噪声的最小值达到并超过了目前国际其他实验室的水平，这对于微小电学信号的测量至关重要。

Description

一种通用型低噪声电学测量样品杆
技术领域：
本发明涉及电学测量领域，具体涉及一种通用型低噪声电学测量样品杆。
背景技术：
在微波谐振条件下，进行小信号的电学测量时，经常会碰到较低的信噪比。为了提高信噪比，从而提高测量数据的准确性，可以采取增大被测样品的信号和减小噪声信号这两个方法。而后者才是提高信噪比的最关键的因素，本发明所设计的样品杆就是为了减小噪声信号而设计的。使用本发明所设计的样品杆所测量的数据的噪音信号与国际上相关领域的众多实验室所发表文章的数据相比，达到了国际水平，最低的噪声信号甚至超过国际水平。目前国际上相关领域众多实验室所发表的文章的均大于等于20nV，例如Ando等人所测的噪音为20nV至40nV。YasuoTani等人所测数据噪声为300nV左右。而Zhengyao Tang等人所测的噪音信号则达到了2至3μV。
发明内容：
为了弥补已有技术的不足，本发明提供一种通用型低噪声电学测量样品杆，使用本发明所设计的样品杆能够实现低噪声的电学测量，噪声的最小值达到并超过了目前国际其他实验室的水平，这对于微小电学信号的测量至关重要。
本发明采用的技术方案是：
一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：包括有空心管、基座、两根导线、绝缘线套和连接器，所述两根导线分别套上绝缘线套后双绞，双绞后的两根导线置于空心管中；所述空心管的一端设有密封头、另一端连接基座，所述基座包括实心小圆柱和实心半圆柱，所述空心管、实心小圆柱、实心半圆柱三者同轴连接，实心小圆柱上沿轴向开设有两个通孔，所述导线的一端穿过密封头与连接器相连，导线的另一端穿过基座的实心小圆柱中的通孔后置于基座的实心半圆柱上方，最后与待测样品相连；所述空心管上靠近连接器的一端套装有长方体的有机玻璃块，有机玻璃块的其中一个面与基座的实心半圆柱的剖面相平行且有机玻璃块的这个面上设有标记。
使用时，若使有机玻璃块标记的这个面与外磁场方向平行，则样品的平面也就与外磁场方向平行，并令此时的有机玻璃块的标记面的位置为零度。当外磁场方向不变，通过Bruker的EPR的转角装置转动样品杆时，标记面转过的角度，即为样品表面与磁场方向所成的面外夹角，从而实现了样品杆精密转角的功能。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述导线采用铜线并且一端成扁平状，扁平状一端的导线用于与待测样品相连。
用高纯度金线、银线或铜线的一端在样品的电极上点银胶或压铟，其另一端通过焊锡焊在导线的扁平状的一端。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述空心管与基座采用高纯度石英制成，空心管与基座的实心小圆柱、实心半圆柱为三者同轴的一体式结构。
所选石英是高纯度石英，是因为高纯度石英是非常好的绝缘体，机械强度高，物理化学性质稳定，耐极低温和高温，并且其热膨胀系数小，是性能非常优良的样品杆。高纯度的石英在使用微波测电子自旋共振（EPR）时有着无法替代的优势，这是因为EPR检测电子自旋的灵敏度非常高，使用高纯度的石英样品杆能够有效的减少磁性杂质对FMR谱信号的干扰。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述连接器采用BNC接头。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述绝缘线套采用聚四氟乙烯制成。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述密封头采用的是热熔胶材料，用热熔胶将导线、线套和空心管的一端完全密封，只露出两根导线在外面，两根导线的露出部分套上线套后是双绞并连接连接器。
所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述有机玻璃块通过热熔胶材料封装在空心管上。
本发明的装置可置于真空可变温腔体中在变温、常温、微波与磁场条件下使用。
所述空心管上靠近连接器的一端套装有长方体的有机玻璃块，有机玻璃块的其中一个面与基座的实心半圆柱的剖面相平行且有机玻璃块的这个面上设有标记。
本发明的优点是：
采用本发明设计的样品杆所测的数据噪声基本在20nV左右，最优时甚至只有10nV，因此使用本发明所设计的样品杆能够实现小噪声的电学测量，噪声的最小值达到并超过了目前国际其他实验室的水平，这对于微小电学信号的测量至关重要。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为基座的结构示意图。
图3为实施例中的测试示意图。
图4为逆自选霍尔效应示意图
图5为噪声20nV的波形图。
图6为噪声10nV的波形图。
具体实施方式：
如图1、2所示，一种通用型低噪声电学测量样品杆，包括有空心管1、基座2、两根导线3、绝缘线套4和连接器5，所述两根导线3分别套上绝缘线套4后双绞，双绞后的两根导线3置于空心管1中；所述空心管1的一端设有密封头6、另一端连接基座2，所述基座2包括实心小圆柱2.1和实心半圆柱2.2，所述空心管1、实心小圆柱2.1、实心半圆柱2.2三者同轴连接，实心小圆柱2.1上沿轴向开设有两个通孔2.3，所述导线3的一端穿过密封头6与连接器5相连，导线3的另一端穿过基座2的实心小圆柱2.1中的通孔2.3后置于基座2的实心半圆柱2.2上方，最后与待测样品相连；空心管1上靠近连接器5的一端套装有长方体的有机玻璃块12，有机玻璃块12的其中一个面与基座2的实心半圆柱2.2的剖面相平行且有机玻璃块12的这个面上设有标记。
使用时，若使有机玻璃块12标记的这个面与外磁场方向平行，则样品的平面也就与外磁场方向平行，并令此时的有机玻璃块12的标记面的位置为零度。当外磁场方向不变，通过Bruker的EPR的转角装置转动样品杆时，标记面转过的角度，即为样品表面与磁场方向所成的面外夹角，从而实现了样品杆精密转角的功能。
导线3采用铜线并且一端成扁平状，扁平状一端的导线3用于与待测样品相连。
空心管1与基座2采用石英制成，空心管1与基座2的实心小圆柱2.1、实心半圆柱2.2为三者同轴的一体式结构。连接器5采用BNC接头。绝缘线套4采用聚四氟乙烯制成。
密封头6采用的是热熔胶材料，用热熔胶将导线、线套和空心管的一端完全密封，只露出两根导线在外面，两根导线的露出部分套上线套后是双绞并连接连接器。
实施例
如图3所示，图中标注7为Keithley 2182A纳伏表，8为本发明样品杆，9为电磁体，10为Bruker的EMX plus-10/12型的微波谐振腔，11为测量逆自旋霍尔效应的样品，采用Bruker的EPR装置作为9.4Ghz谐振微波的信号源，电磁体的两磁极9位于Bruker的微波谐振腔10的两侧，测量逆自旋霍尔效应的样品11置于Bruker的微波谐振腔中，Keithley 2182A纳伏表7作为电压测量装置，样品选用铂金/有机物/坡莫合金三明治结构，样品杆8的两根铜线一端分别和铂金的两端通过铂金线相连、另一端连接Keithley 2182A纳伏表7，进行精密的逆自旋霍尔效应的测量。
如图4所示，所谓的逆自旋霍尔效应是铁磁物质的电子的磁矩M在微波和外磁场H的作用下沿外磁场方向做拉莫尔进动，在铁磁/有机物界面处将自旋角动量传递到有机物中形成自旋流JS，自旋流流入铂金或钯中后通过自旋轨道耦合转化为电压信号EISHE。微波频率为9.4Ghz，微波的功率为100mW，样品置于微波谐振腔中。扫描磁场，通过Keithley 2182A采集电压信号。在测量红荧烯的逆自旋霍尔效应时，所测的数据噪声基本在20nV左右，如图5所示，最优时甚至只有10nV，如图6所示。

Claims (5)

1.一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：包括有空心管、基座、两根导线、绝缘线套和连接器，所述两根导线分别套上绝缘线套后双绞，双绞后的两根导线置于空心管中；所述空心管的一端设有密封头、另一端连接基座，所述基座包括实心小圆柱和实心半圆柱，所述空心管、实心小圆柱、实心半圆柱三者同轴连接，实心小圆柱上沿轴向开设有两个通孔，所述导线的一端穿过密封头与连接器相连，导线的另一端穿过基座的实心小圆柱中的通孔后置于基座的实心半圆柱上方，最后与待测样品相连；所述空心管上靠近连接器的一端套装有长方体的有机玻璃块，有机玻璃块的其中一个面与基座的实心半圆柱的剖面相平行且有机玻璃块的这个面上设有标记；使用时，若使有机玻璃块标记的这个面与外磁场方向平行，则样品的平面也就与外磁场方向平行，并令此时的有机玻璃块的标记面的位置为零度；当外磁场方向不变，通过Bruker的EPR的转角装置转动样品杆时，标记面转过的角度，即为样品表面与磁场方向所成的面外夹角，从而实现了样品杆精密转角的功能；所述导线采用铜线并且一端成扁平状，扁平状一端的导线用于与待测样品相连；所述空心管与基座采用高纯度石英制成，空心管与基座的实心小圆柱、实心半圆柱为三者同轴的一体式结构。
2.根据权利要求1所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述连接器采用BNC接头。
3.根据权利要求1所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述绝缘线套采用聚四氟乙烯制成。
4.根据权利要求1所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述密封头采用的是热熔胶材料。
5.根据权利要求1所述的一种通用型低噪声电学测量样品杆，其特征在于：所述有机玻璃块通过热熔胶材料封装在空心管上。
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