超高磁場での超高感度検出を可能にするコンパクト磁力計（Compact Magnetometer Breakthrough Enables Ultra-sensitive Detection in High Magnetic Fields）

2025-06-11

2025-06-05 中国科学院（CAS）

Compact Dynamic Cantilever Magnetometry (Image by WANG Ning)

中国科学院合肥物質科学研究院の研究チームは、直径わずか22mmの小型動的カンチレバー磁力計を開発し、10⁻¹⁷ A·m²レベルの高感度磁気モーメント測定を実現した。従来の振動試料型磁力計では、背景ノイズや急速に変化する磁場下での感度不足が問題で、2次元磁性体やトポロジカル物質などの量子材料の微弱信号検出が困難だった。研究チームは、共振周波数の変化をレーザー干渉で読み取る新手法を採用し、従来必要だった大きな機構部品を省略、光学オートフォーカス機能により装置の小型化を実現した。この装置は各種高磁場システムとの互換性があり、Cr₂Ge₂Te₆やZrV₆Sn₆の磁気特性測定にも成功。低次元磁性や量子状態、生体磁気研究への貢献が期待される。

＜関連情報＞

コンパクトなカンチレバー磁気測定
Compact dynamic cantilever magnetometry

Kang Wang;Meng Shi;Xueqin Li;Ning Wang;Zhe Qu;Haifeng Du
Review of Scientific Instruments Published:April 10 2025
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0259803

Dynamic cantilever magnetometry (DCM) is a highly sensitive technique for detecting magnetization in individual low-dimensional magnetic materials, superconductors, and magnetotactic bacteria. However, existing instruments use a three-dimensional positioning stage to focus the laser on the cantilever, resulting in a bulky probe head, ∼100 mm in diameter, which limits their widespread use in small-aperture commercial magnets. Here, we develop a laser autofocus technique using materials with specific thermal expansion coefficients, eliminating the need for the positioning stage. By employing this technique, we develop a compact DCM system with a diameter of ∼22 mm and demonstrate its applications in the Physical Property Measurement System, the Janis 9T magnet, and high field magnets, exemplified by studies on a van der Waals ferromagnet CrGeTe₃ and a Kagome metal ZrV₆Sn₆. The development of this compact DCM system is expected to enable broader adoption of this technique and promote research into advanced low-dimensional materials.