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正因?yàn)槎S金屬材料展現(xiàn)的特性，使得量子器件及其機(jī)理有可能產(chǎn)生新的突破，基于單層鉍的平帶特性與強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，其巨非線性霍爾響應(yīng)為量子計(jì)算中的 Berry 曲率調(diào)控提供了理想平臺(tái)。并且二維金屬的高電導(dǎo)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(cè)試是研究二維材料電輸運(yùn)的重要測(cè)試手段，通過將材料設(shè)計(jì)成Hall Bar的結(jié)構(gòu)，在外加磁場(chǎng)下，在不同溫度下對(duì)Hall電阻進(jìn)行高精度的測(cè)量。由于二維材料有著非常奇異的特性，諸如量子Hall效應(yīng)、量子反常Hall效應(yīng)、自旋Hall效應(yīng)、非線性Hall效應(yīng)(NLHE)等測(cè)試，逐漸揭示了時(shí)間反演和對(duì)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(cè)、量子測(cè)量、新型計(jì)算等開辟新的途徑。

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

上如圖為T=1.5K時(shí)，n_H在V_bg=62V和18.5V時(shí)改變符號(hào)，對(duì)應(yīng)著f=0和f=-1價(jià)全滿的狀態(tài)^【3】。

為應(yīng)對(duì)電輸運(yùn)測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)，必須添加高精度適合極低電平測(cè)試的儀器體為必要的補(bǔ)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(jì)組合為代表的Delta模式是兩種主要的應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的方法，兩種方法的框圖如下：

圖：AC法和Delta法測(cè)試原理

6221/2182A組合的Delta模式可以提供準(zhǔn)直流電流反向技術(shù)的測(cè)量和計(jì)算，以消除溫差電動(dòng)勢(shì)的影響，每個(gè)Delta讀數(shù)都是根據(jù)一個(gè)通道的兩個(gè)電壓測(cè)量結(jié)果計(jì)算而來；一個(gè)測(cè)量電流源的正相，一個(gè)測(cè)量負(fù)相，從而使噪聲降低1000倍。

AC法和 Delta 模式法各有優(yōu)勢(shì)，相輔相成，一般在電輸運(yùn)測(cè)試時(shí)都配置。下圖示意出兩者應(yīng)用范圍：

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

通常情況下，Vxx和Vxy需要同時(shí)測(cè)量，特別是在一些拓?fù)浣^緣體和自旋材料的研究中，需要觀測(cè)到在磁場(chǎng)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(duì)應(yīng)的體電阻的變化，用于判定材料是否滿足拓?fù)浣^緣體的性質(zhì)^【4】。

一臺(tái)2182A配備兩個(gè)電壓采集通道，可以同時(shí)采集Vxx和Vxy，配合6221產(chǎn)生的高精度電流，可以方便、準(zhǔn)確的完成Hall測(cè)試。

除了低電平測(cè)試儀器，通常電輸運(yùn)測(cè)試還要配置SMU作為直流激勵(lì)源。特殊情況下還需要AFG作為交流激勵(lì)源，采集卡或示波器用于采集鎖放輸出信號(hào)。高頻輸運(yùn)特性的研究是電輸運(yùn)特性測(cè)試的發(fā)展方向，研究高頻輸運(yùn)特性時(shí)，需配置帶寬達(dá)GHz的任意波形發(fā)生器。