利用聲表面波（SAW）技術探測扭曲雙層石墨烯（TBG）的量子相變，需高精度測量微弱的SAW電壓信號（頻率259.75 MHz）。傳統(tǒng)電輸運測量無法檢測低電導態(tài)（如不可壓縮態(tài)），而OE2052通過高靈敏度鎖相檢測解決了這一難題。
2025年，復旦大學修發(fā)賢教授和張成研究員的團隊在《Nano Letters》發(fā)表題為"Phase Diagram Mapping of a Moiré System Using Surface Acoustic Waves"的研究成果，首次將表面聲波（SAW）技術應用于扭曲雙層石墨烯（TBG）摩爾系統(tǒng)。通過法布里-珀羅SAW諧振器（259.75 MHz）與1.04° TBG器件的集成，實現(xiàn)了對關聯(lián)絕緣態(tài)、陳絕緣體態(tài)和朗道能級的高靈敏度探測。實驗中，賽恩科儀OE2052鎖相放大器作為核心測量設備，成功解決了低電導態(tài)（10-6S/m）信號微弱、易被噪聲淹沒的難題，為揭示量子態(tài)頻率依賴性提供了關鍵技術支持。

圖1.（a）帶有諧振腔型 IDT 的 TBG 器件示意圖
（b）Y 型切割 NbLiO3 基底面上的 TBG 器件橫截面圖
【測量系統(tǒng)搭建】

圖2.測量系統(tǒng)示意圖
關鍵步驟
1.信號同步OE2052的參考輸入端連接射頻信號源，鎖定SAW頻率（259.75 MHz）
2.降頻處理使用混頻器將高頻SAW信號降頻至OE2052最佳檢測范圍，提升信噪比，避免高頻損耗
3.參數(shù)提取直接測量VSAW幅度（衰減）和相對于V0的相位差聲速變化）4.噪聲抑制利用OE2052的高動態(tài)儲備（＞120dB）和低輸入噪聲（＜4nV/√Hz），在強電磁干擾環(huán)境（14T磁場）下穩(wěn)定工作，得到聲表面波測量結果（圖3、圖4）

圖3.在B=14T時，CNP附近測得的聲表面波相移和經(jīng)度電阻的比較

圖4.通過聲表面波傳輸?shù)碾妷旱臍w一化相位與摩爾填充因子和垂直磁場的函數(shù)關系
信號檢測原理
1.相移測量（對應聲速變化）：

· OE2052配置：時間常數(shù)，等效噪聲帶寬
· 靈敏度：可檢測相移（對應）
2.衰減測量（對應電導率）：

系統(tǒng)優(yōu)勢
· 非接觸測量：僅需單點接地電極，避免傳統(tǒng)輸運測量的歐姆接觸問題
· 高信噪比：在9T強磁場下可分辨ν_L=-1朗道能級（傳統(tǒng)輸運無法檢測）
·動態(tài)響應：通過柵壓掃描實時關聯(lián)填充因子ν與高頻電導率σ_ω（圖5）

圖5.通過聲表面波計算的高頻電導率(a)縱向傳輸電阻率 ρxx（黑色）和聲表面波重建電阻率 ρω，頻率為 fc = 259.75 MHz（紅色），由聲表面波相移計算得出，是零磁場下摩爾填充因子v的函數(shù)(b)磁場下 v = +2 時的縱向電導率 σxx 和聲表面波重構電導率 σω(c)在零磁場下，v = +2 和 +4 時，ρxx 和 ρω 作為聲功率 P 的函數(shù)的比較(d)電子在 Enk 和 Emk 之間轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的直流帶間電導率(e)Enk 和 Emk ± ΔEω 之間電子轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的交流帶間電導率;與 nF(Emk)相比，半填充時的小平帶色散導致 nF(Emk±ΔEω)顯著降低，從而抑制了高頻電導率由于頻帶色散較大，交流電導率沒有受到影響。
總結
OE2052高靈敏鎖相放大器在SAW-莫爾系統(tǒng)研究中展現(xiàn)出三大革命性優(yōu)勢：
· R極限靈敏度：在低電導區(qū)域（10-6S/m）信噪比提升100倍，成功探測"隱藏"量子態(tài)
· R非接觸式測量：避免納米電極制備難題，特別適用于絕緣/半導態(tài)莫爾材料
· R高頻電導解析：提供259.75 MHz射頻電導數(shù)據(jù)，揭示平帶躍遷的量子幾何效應

審核編輯 黃宇