在具有強自旋軌道耦合的非磁性材料領域，一項重大突破正帶領自旋電子器件邁向新紀元。通過自旋霍爾效應（Spin Hall Effect，SHE）以及自旋哈利效應和Rashba-Edelstein效應（REE）所產生的非平衡自旋累積，電荷電流可以產生純自旋電流。這一電荷驅動自旋轉換（Charge-to-Spinconversion ,CSC）機制為自旋軌道力矩（SOT）磁存儲器及振蕩器等的研發開辟了新路徑。

傳統自旋電子器件材料中，電荷電流、自旋電流和自旋極化方向受限于晶體對稱性，必須保持正交關系，這極大制約了自旋電子器件內部自旋電流對磁距的有效調控。然而，最新研究顯示，低對稱性二維拓撲材料，如碲化鉬（MoTe₂）和二碲化鎢（WTe₂），可承載非正交的電荷驅動自旋轉換效應，展現出下一代自旋電子器件材料的巨大潛力。

近期，加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所的Adam W. Tsen團隊，采用創新的局部自旋敏感電化學電勢測量法，成功探測了碲鎘錳鋁薄片中空間依賴性非平衡自旋積累，精度直至四個原子層。實驗結果不僅清晰區分了自旋霍爾效應和Rashba-Edelstein效應的貢獻，還揭示了大量非常規自旋極化的存在，這些極化在樣品主體和邊緣隨著厚度的增加而呈現出獨特的發展模式。研究團隊還通過ab-initio 演化計算，構建了對所有觀察到的 CSC 成分與材料尺寸和堆疊排列關系的統一規律，為未來利用這類二維拓撲材料的局部和層依賴自旋特性的器件提供了重要理論依據。該成果以《Direct observation of distinct bulk and edge nonequilibrium spin accumulation in ultrathin MoTe₂》為題，發表在Nature Communications上^[1]。

圖1  在二氧化鈦(MoTe₂)薄片上進行自旋累積測量的概念和演示

圖2  MoTe₂ 的位置依賴性自旋累積測量

圖3  2.8nm（四層）MoTe₂ 中不同的主體和邊緣自旋極化

圖4  各種自旋極化信號的厚度依賴性和 CSC 成分的 DFT 計算

本文中，作者借助了美國低溫設備制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.新推出的8607振動樣品磁強計，對MoTe₂樣品薄膜的磁性進行了精準表征，為整個研究工作提供了準確、清晰和直觀的實驗對比數據。

LakeShore 8600系列VSM：超卓性能，賦能科研

LakeShore 8600系列VSM，在繼承7400系列VSM成熟設計的基礎上，進行了全面優化升級，旨在提升產品性能與用戶體驗。該系列設備在測量元件和操作部件上均實現了創新突破，不僅顯著提升了靈敏度與磁場分辨率，還極大地增強了設備的操作性。

Lakeshore 8600系列VSM

一、主機部分

? 更優異的性能

8600系列VSM采用創新設計，在降低測量噪聲的同時還提高了采樣速度。系統具有15 nemu的超高靈敏度、1 mOe的磁場分辨率、自帶10000 Oe/s的超快磁場變化率和高達10ms/pt的數據采集速度，繪制一個完整的磁滯回線只需30秒。

? 更人性化的操作

8600系列產品升級的另一個核心是設備的可操作性。Lake Shore公司將自研的QuickLIGN™安裝組件內置于該系列產品中，極大地簡化了樣品安裝和更換的流程，單手即可完成操作。同樣，QuickLIGN™安裝組件與8600系列VSM的所有變溫選件兼容，使得安裝和配置溫度選件5分鐘內即可完成。

此外，8600系列的VSM磁體內置了ExactGAP™功能，設置了6個可重復的固定間隙，無需進行重新校準。

?更*的操作軟件

8600系列VSM 配備了全新的測量軟件，界面簡單，只需幾步操作即可實現設置、執行程序、實驗測量和數據處理等功能。軟件包含一個完整的腳本引擎，用戶可以使用提供的標準協議腳本或自行創建腳本，設定自定義實驗條件進行測量。

當與變溫選件(86-OVEN， 86-CRYO， 或86-SSVT)聯用時，該軟件可以自動檢測接入系統的變溫選件，并與集成的705氣體控制器配合使用，從而在4.2 K~1273 K的整個溫區中提供自動化的VSM測量。

系統軟件還具備處理擴展和補償數據、校準退磁和斜率因子、規范樣品質量和體積、從測量數據中修正及扣除襯底數據以及計算及顯示導數曲線等功能，進一步提升了實驗的準確性和效率。

8600系列VSM操作軟件界面

? 一階反轉曲線功能FORC

一階反轉曲線(FORC)是一種新型磁學測量方法，主要適用于測量含有諸多磁性礦物的自然樣品，確定磁性礦物矯頑力的分布以及磁性礦物顆粒之間磁相互作用的強弱，幫助區分磁性礦物的種類和磁疇轉換。FORC測量需要較高的磁場變化率和數據采集速率，8600系列VSM的標配系統自帶FORC測量功能，可以滿足測量參數的需求。

一階反轉曲線（FORC）測量數據

二、 變溫選件

Lakeshore的8600系列VSM配備了三種不同的變溫選件：SSVT一體化變溫選件、CRYO低溫恒溫器選件和Oven高溫選件，以滿足不同的溫度需求。變溫選件采用GlideLOCKTM設計，軟件可以自動檢測變溫選件的安裝，操作十分簡便。

Lakeshore VSM變溫選件溫度范圍

SSVT一體化變溫選件：100 - 950K（左）；低溫恒溫器變溫選件 4.2-450K（中）Oven高溫爐選件：303-1273K（右）

三、矢量線圈組件

Lakeshore 8600系列VSM同樣提供了矢量線圈組件，配合振動頭的旋轉功能，可以進行磁性材料各向異性測量表征，從而確定其矢量磁化分量和電感張量。矢量線圈組件可以進行室溫測量，也可以與變溫選件聯用進行變溫測量。

室溫矢量測量（左）；與SSVT選件聯用的變溫矢量測量（右）

關于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國Lake Shore公司是極。端溫度和磁場條件下高精度測量和控制解決方案的創新者。主要產品包括低溫探針臺、振動樣品磁強計、霍爾效應測量系統、M81同步源測量系統、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動科學發展，其產品解決方案不斷創新，應用領域從物理實驗室到深太空科學探索不斷發展。

參考文獻

[1]. Direct observation of distinct bulk and edge nonequilibrium spin accumulation in ultrathin MoTe₂. Nature Communications (2025)16:6132