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正因為二維金屬材料展現(xiàn)的特性，使得量子器件及其機理有可能產(chǎn)生新的突破，基于單層鉍的平帶特性與強關(guān)聯(lián)效應，其巨非線性霍爾響應為量子計算中的 Berry 曲率調(diào)控提供了理想平臺。并且二維金屬的高電導率（9.0×10?S/m）與低功耗調(diào)控特性，使其成為超薄互聯(lián)或高頻晶體管溝通的核心材料。

Hall測試是研究二維材料電輸運的重要測試手段，通過將材料設(shè)計成Hall Bar的結(jié)構(gòu)，在外加磁場下，在不同溫度下對Hall電阻進行高精度的測量。由于二維材料有著非常奇異的特性，諸如量子Hall效應、量子反常Hall效應、自旋Hall效應、非線性Hall效應(NLHE)等測試，逐漸揭示了時間反演和對稱性破缺下二維材料與三維體材料等巨大差異，為光電探測、量子測量、新型計算等開辟新的途徑。

上圖【2】為典型的Hall Bar結(jié)構(gòu)，用于測量Hall電阻，并通過n_H=-(1/e)(dR_xy/dB)^-1推推導載流子密度，該函數(shù)n_H是底柵的函數(shù)，因此在測試中需要對底柵bg增加一個可控的V_bias。

上如圖為T=1.5K時，n_H在V_bg=62V和18.5V時改變符號，對應著f=0和f=-1價全滿的狀態(tài)^【3】。

為應對電輸運測試面臨的挑戰(zhàn)，必須添加高精度適合極低電平測試的儀器體為必要的補充，該儀器必須具備去除噪聲的自力。以鎖相放大器為代表的的AC法和以Keithley 622x低電平電流源/2182A納伏計組合為代表的Delta模式是兩種主要的應對挑戰(zhàn)的方法，兩種方法的框圖如下：

圖：AC法和Delta法測試原理

6221/2182A組合的Delta模式可以提供準直流電流反向技術(shù)的測量和計算，以消除溫差電動勢的影響，每個Delta讀數(shù)都是根據(jù)一個通道的兩個電壓測量結(jié)果計算而來；一個測量電流源的正相，一個測量負相，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，也更適合低于100mΩ及大于1MΩ的電阻測試。

通常情況下，Vxx和Vxy需要同時測量，特別是在一些拓撲絕緣體和自旋材料的研究中，需要觀測到在磁場下或自身磁性影響下能帶劈裂后呈現(xiàn)量子化的霍爾電阻和相對應的體電阻的變化，用于判定材料是否滿足拓撲絕緣體的性質(zhì)^【4】。

一臺2182A配備兩個電壓采集通道，可以同時采集Vxx和Vxy，配合6221產(chǎn)生的高精度電流，可以方便、準確的完成Hall測試。

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。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，需配置帶寬達GHz的任意波形發(fā)生器。