概述： 凝聚態(tài)物理學(xué)是研究由大量微觀(guān)粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)物質(zhì)的微觀(guān)結構、粒子間的相互作用、運動(dòng)規律及其物質(zhì)性質(zhì)與應用的科學(xué)，是當代材料科學(xué)的物理學(xué)基礎。凝聚態(tài)物理學(xué)研究的方向主要有：高溫超導及相關(guān)強關(guān)聯(lián)體系的基本電子性質(zhì)、低維自旋和電荷系統、納米功能材料的基本電子性質(zhì)研究、自旋電子學(xué)材料基本性質(zhì)等，量子材料/超導材料／半金屬材料／異質(zhì)結構材料／超硬等都是凝聚態(tài)物理學(xué)研究的對象。 綜合物性測試是凝聚態(tài)物理學(xué)的主要測試，包括電輸運測試如：電阻率、微分電阻、霍爾系數、伏安特性、臨界電流等；磁學(xué)測試如：交流磁化率、磁滯回線(xiàn) ，磁阻等；熱學(xué)測試如：比熱、熱磁曲線(xiàn)、熱電效應、塞貝克系數、熱導率等；還包括光學(xué)測試、壓力測試、形貌表征等。通常綜合物性測試由PPMS完成。 電輸運性質(zhì)是物質(zhì)（或材料）的最基本和最重要的物理屬性之一 ，反映了與電荷相關(guān)的基本物理行為，如電阻、Hall電阻隨溫度、磁場(chǎng)、壓力變化的規律，以及相關(guān)的物理效應如Shubnikov-de Haas量子振蕩、量子霍爾效應等，是綜合物性中最重要的性質(zhì)之一。

電輸運測試面臨的挑戰：

1.特殊的測試條件。一般條件下，被測樣品被放置在低溫（通常是超導）及磁場(chǎng)環(huán)境中，其低溫zuidi可達0.1mK, 磁場(chǎng)可高達16T。在jiduan條件下，磁場(chǎng)可達100T脈沖強磁場(chǎng)，壓力可達100GPA。PPMS可以提供一般條件下的測試環(huán)境，在此環(huán)境下，測試電纜連線(xiàn)需考慮熱效應及對測試結果的誤差因素。

2.需要極小或極大電阻的測試。在超導條件下，被測樣品電阻可能低至nΩ級。而jiduan情況下，被測樣品電阻可能高達GΩ級，PPMS內置輸運測試選件達不到要求。

3.需要測試極小電壓、電流及微分電導，此時(shí)信號往往淹沒(méi)在噪聲中， PPMS內置測試選件往往不能滿(mǎn)足要求。

應對挑戰：

為應對電輸運測試面臨的挑戰，在PPMS的基礎上，必須添加適合極低電平測試的儀器作為必要的補充，該儀器必須具備去除噪聲的能力。以鎖相放大器為測試儀器的AC法和以622x低電平電流源／2182A納伏計組合構成的Delta模式是兩種主要的應對挑戰的方法 ，兩種方法的框圖如下：

AC 法框圖

Delta 模式

Delta模式可以提供準直流電流反向技術(shù)的測量和計算， 以消除溫差電動(dòng)勢的影響，每個(gè)Delta讀數都是根據通道1的兩個(gè)電壓測量結果計算而來(lái)；一個(gè)測量電流源的正相，一個(gè)測量負相，從而使噪聲降低1000倍。AC法和Delta模式法各有優(yōu)勢，相輔相成，一般在電輸運測試時(shí)都配置。下圖示意出兩者應用范圍：

從上兩圖可以看出，鎖放可在更高頻率應用 ，比如脈沖測試，但鎖放較適合 100mΩ~1MΩ范圍的測試，而Delta模式可測試更低電平的信號，也更適合低千100mΩ及大千1MΩ的電阻測試。

電輸運測試方案：除了低電平測試儀器，通常電輸運測試還要配置SMU作為直流激勵源。 特殊情況下還需要AFG作為交流激勵源，采集卡或示波器用于采集鎖放輸出信號。 如果測試介電常數，還需配置靜電計。高頻輸運特性的研究是電輸運特性測試的發(fā)展方向，研究高頻輸運特 性時(shí)，需配置帶寬達GHz的任意波形發(fā)生器。

單一被測樣品測試方案：

●6221/2182A一套

●24XX或26XX一臺

●選配（各一臺）

○AFG31252

○2002八位半數字萬(wàn)用表

○6514或6517或6430（測試介電常數）

多被測樣品同時(shí)測試方案：多樣品測試，可以在單一樣品的配置基礎上加開(kāi)關(guān)陣列輪回測試，但某些情況下 ，如比熱和磁阻測試時(shí)，同一過(guò)程無(wú)法用輪回方式測試，此時(shí)需配置多套SMU及低電平測試儀器，套數與PPMS所提供的測試線(xiàn)的數量相關(guān)。 其原則是每四根連一套源表，每八根線(xiàn)連一套6221/2182A。下表給出某研究院四套PPMS多樣品同時(shí)測試的典型配置。

高頻輸運特性測試方案：高頻輸運特性測試，在 一般輸運特性配置基礎上，需增配AWG系列任意波形發(fā)生器。 搭載AWG5200及AWG70000系列任意波形發(fā)生器。 下表為任意波形發(fā)生器的主要參數：

方案優(yōu)勢：

●0fA~100mA電流輸出，1nV電壓測試靈敏度，高達10nΩ電阻測量靈敏度

●duyou的TSP LINK連接6221/2182A, 自動(dòng)完成Delta模式測試

●Delta模式可降低噪聲1000倍

·●多型號SMU供激勵源選擇

·●lx的AWG為高頻輸運特性研究提供強力支持

·●電輸運測試領(lǐng)域普遍采用