[发明专利]一种基于拓扑绝缘体的磁场测量计及其测量方法

权利要求书

1.一种磁场测量计，所述磁场测量计包括：探头和分析器；其特征在于，所述探头为平板状的拓扑绝缘体；所述分析器为磁阻信号分析器；磁场的方向垂直于所述拓扑绝缘体的表面；在所述拓扑绝缘体的表面设置有一对电流电极和一对磁阻电极，电流电极和磁阻电极在同一个方向上；所述磁阻电极与磁阻信号分析器相连接。

2.如权利要求1所述的磁场测量计，其特征在于，所述拓扑绝缘体的厚度在纳米尺度。

3.如权利要求1所述的磁场测量计，其特征在于，进一步包括一对霍尔电极及霍尔信号分析器，一对霍尔电极垂直于电流方向设置在拓扑绝缘体的表面，霍尔电极与霍尔信号分析器相连接。

4.如权利要求3所述的磁场测量计，其特征在于，进一步包括筛选器，所述磁阻电极和霍尔电极分别通过引线连接至筛选器，将磁阻信号和霍尔信号分别传输至筛选器，筛选器分别连接至磁阻信号分析器和霍尔信号分析器。

5.如权利要求4所述的磁场测量计，其特征在于，进一步包括输出显示器，所述磁阻信号分析器和霍尔信号分析器分别连接至所述输出显示器。

6.如权利要求1所述的磁场测量计，其特征在于，所述拓扑绝缘体为碲化汞HgTe、碲化铋Bi₂Te₃、硒化铋Bi₂Se₃、锑化铋BiSb、碲化银Ag₂Te、硒化铋锗GeBiSe、窄带重元素半导体、拓扑绝缘体异质结、拓扑绝缘体超晶格结构、惠氏化合物、近藤拓扑绝缘体、有机拓扑绝缘体以及通过应力和掺杂导致拓扑相的物质中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的磁场测量计，其特征在于，所述拓扑绝缘体采用分子束外延MBE、化学气相沉积CVD、混合物理化学气相沉积HPCVD和气液固生长法VLS中的一种或多种方法进行生长并控制其厚度。

8.一种磁场测量计的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

1）标定：提供拓扑绝缘体，在垂直于拓扑绝缘体的表面的方向施加已知磁场，在平行于拓扑绝缘体的表面施加电流，测量平行于电流方向的电压得到磁阻，测量垂直于电流方向的霍尔电压得到霍尔电阻，在阈值以上，对磁阻进行线性拟合，得到磁阻与磁场强度之间的线性关系B=a_xxR_xx+b_xx，在阈值以下，对霍尔电阻进行线性拟合，得到霍尔电阻与磁场强度之间的线性关系B=a_xyR_xy+b_xy，其中，B为磁场强度，R_xx为磁阻，a_xx和b_xx为磁阻与磁场强度的线性系数，R_xy为霍尔电阻，a_xy和b_xy为霍尔电阻与磁场强度的线性系数；

2）测量：在垂直于拓扑绝缘体表面的方向施加待测量的磁场，在平行于拓扑绝缘体的表面施加恒定的电流，测量平行于电流方向的电压得到磁阻信号，测量垂直于电流方向的霍尔电压得到霍尔信号；

3）计算得到磁场强度：磁阻信号和霍尔信号分别传输至筛选器，当信号大于或等于一定阈值时，筛选器将磁阻信号分析器导通，霍尔信号分析器截断，从而根据磁阻信号进行拟合得到磁场强度；当信号小于一定阈值时，筛选器将霍尔信号分析器导通，磁阻信号分析器截断，从而根据霍尔信号进行拟合得到磁场强度。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述拓扑绝缘体采用分子束外延MBE、化学气相沉积CVD、混合物理化学气相沉积HPCVD、气液固生长法VLS中的一种或多种方法进行生长并控制其厚度。