利用聲表面波（SAW）技術(shù)探測(cè)扭曲雙層石墨烯（TBG）的量子相變，需高精度測(cè)量微弱的SAW電壓信號(hào)（頻率259.75 MHz）。傳統(tǒng)電輸運(yùn)測(cè)量無(wú)法檢測(cè)低電導(dǎo)態(tài)（如不可壓縮態(tài)），而OE2052通過(guò)高靈敏度鎖相檢測(cè)解決了這一難題。
2025年，復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢教授和張成研究員的團(tuán)隊(duì)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(shù)應(yīng)用于扭曲雙層石墨烯（TBG）摩爾系統(tǒng)。通過(guò)法布里-珀羅SAW諧振器（259.75 MHz）與1.04° TBG器件的集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)、陳絕緣體態(tài)和朗道能級(jí)的高靈敏度探測(cè)。實(shí)驗(yàn)中，賽恩科儀OE2052鎖相放大器作為核心測(cè)量設(shè)備，成功解決了低電導(dǎo)態(tài)（10-6S/m）信號(hào)微弱、易被噪聲淹沒(méi)的難題，為揭示量子態(tài)頻率依賴性提供了關(guān)鍵技術(shù)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(cè)量系統(tǒng)搭建】

圖2.測(cè)量系統(tǒng)示意圖
關(guān)鍵步驟
1.信號(hào)同步OE2052的參考輸入端連接射頻信號(hào)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(hào)降頻至OE2052最佳檢測(cè)范圍，提升信噪比，避免高頻損耗
3.參數(shù)提取直接測(cè)量VSAW幅度（衰減）和相對(duì)于V0的相位差聲速變化）4.噪聲抑制利用OE2052的高動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備（＞120dB）和低輸入噪聲（＜4nV/√Hz），在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境（14T磁場(chǎng)）下穩(wěn)定工作，得到聲表面波測(cè)量結(jié)果（圖3、圖4）

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

圖4.通過(guò)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(chǎng)的函數(shù)關(guān)系
信號(hào)檢測(cè)原理
1.相移測(cè)量（對(duì)應(yīng)聲速變化）：

· OE2052配置：時(shí)間常數(shù)，等效噪聲帶寬
· 靈敏度：可檢測(cè)相移（對(duì)應(yīng)）
2.衰減測(cè)量（對(duì)應(yīng)電導(dǎo)率）：

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
· 非接觸測(cè)量：僅需單點(diǎn)接地電極，避免傳統(tǒng)輸運(yùn)測(cè)量的歐姆接觸問(wèn)題
· 高信噪比：在9T強(qiáng)磁場(chǎng)下可分辨ν_L=-1朗道能級(jí)（傳統(tǒng)輸運(yùn)無(wú)法檢測(cè)）
·動(dòng)態(tài)響應(yīng)：通過(guò)柵壓掃描實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)填充因子ν與高頻電導(dǎo)率σ_ω（圖5）

圖5.通過(guò)聲表面波計(jì)算的高頻電導(dǎo)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(jì)算得出，是零磁場(chǎng)下摩爾填充因子v的函數(shù)(b)磁場(chǎng)下 v = +2 時(shí)的縱向電導(dǎo)率 σxx 和聲表面波重構(gòu)電導(dǎo)率 σω(c)在零磁場(chǎng)下，v = +2 和 +4 時(shí)，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(dǎo)率(e)Enk 和 Emk ± ΔEω 之間電子轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的交流帶間電導(dǎo)率;與 nF(Emk)相比，半填充時(shí)的小平帶色散導(dǎo)致 nF(Emk±ΔEω)顯著降低，從而抑制了高頻電導(dǎo)率由于頻帶色散較大，交流電導(dǎo)率沒(méi)有受到影響。
總結(jié)
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(shì)：
· R極限靈敏度：在低電導(dǎo)區(qū)域（10-6S/m）信噪比提升100倍，成功探測(cè)"隱藏"量子態(tài)
· R非接觸式測(cè)量：避免納米電極制備難題，特別適用于絕緣/半導(dǎo)態(tài)莫爾材料
· R高頻電導(dǎo)解析：提供259.75 MHz射頻電導(dǎo)數(shù)據(jù)，揭示平帶躍遷的量子幾何效應(yīng)

審核編輯 黃宇