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团队成功研制出一种直径仅为22毫米的紧凑型动态磁扭矩探测器，该设备磁矩测量灵敏度可达10^-17安培平方米量级，兼容稳态强磁场实验装置与各类小口径商用磁体，填补了强磁场条件下对低维磁性和超导、量子功能材料、生物弱磁材料等进行超高灵敏磁性测量的技术空白。相关研究成果发表于《科学仪器评论》。

紧凑型动态磁扭矩探测器。强磁场科学中心低功耗量子材料研究团队供图

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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，由于背景信号干扰大，导致其灵敏度低，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，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毫米，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毫米，使得设备兼容综合物性测量系统、Janis?9特斯拉磁体和稳态强磁场实验装置等多类磁体，并具有10^-17安培平方米量级的磁矩测量灵敏度。该设备已成功测得二维磁性材料铬锗碲的磁矩、磁各向异性参数，并在笼目金属锆钒锡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。

研究人员介绍，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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1063/5.0259803