多场科技·铁磁共振测试系统
自旋电子学高频测试⼀体化解决方案
最高测试频率 20 GHz & 40 GHz 两版本;
可实现 FMR, ST-FMR, ISHE & Spin-Pumping 等测量功能；
超高灵敏度可测试 1 nm CoFeB 薄膜样品；
两种磁场方向的样品杆结构，可满足绝大多数测试需求；
兼容 Oxford TeslatronPT, PPMS, Cryogenics, 南京鹏力-CPMS系统等第三方系统
基本参数
FMR ( H in plane)
FMR ( H out of plane)
ST-FMR ( H in plane)
ST-FMR ( H out of plane)
功能/选配
可实现薄膜样品的FMR测量、Spin pumping – ISHE测量
兼容直流电学测试通道
可实现微纳器件的ST-FMR测量、Spin pumping – ISHE测量
兼容直流电学测试通道
工作环境
温度 1.4 K ~ 400 K；气压 105 ～ 10-5 Pa； 磁场 0 ～ 18 Tesla
适配外径
dia-26 mm / dia-30 mm / dia-50 mm
使用频率
20 / 40 GHz
射频损耗
(输入端至样品端)
20 GHz 版本：-6 dB (@ 20 GHz)，-18 dB (@ 40 GHz)
40 GHz 版本：-4 dB (@ 20 GHz)，-9 dB (@ 40 GHz)
漏电流
< 100 pA @ 100 V
射频通道
2
直流通道
6
6
8
6
磁场⽅向
磁场平行于样品平面
磁场垂直于样品平面
磁场平行于样品平面
磁场垂直于样品平面
样品类型
薄膜样品（样品倒扣⾄CPW表面）
微纳器件（使用wire-bonding连接CPW和器件）
测量功能
FMR测量，Spin Pumping – ISHE电压测量
ST-FMR测量，Spin Pumping – ISHE电压测量
可搭配仪表
多场科技铁磁共振测试仪表、商用矢量网络分析仪等
多场科技铁磁共振测试仪表、商用信号发生器、锁相放大器等
* 多场科技磁性测试系列产品可无缝搭配QD-PPMS，Oxford-TeslatronPT，鹏力超低温CPMS，Cryogenic-CFMS等常见超导磁体平台；
** 以上均为推荐配置，多场科技可提供高自由度的样品杆定制服务，如有特殊定制需求可联系销售人员；
·系统组件
测试电表
FMR.Meter
FMR样品杆
FMR.Probe
ST-FMR样品杆
ST-FMR.Probe
系统组件 – 01. 测试电表
• 铁磁共振，自旋力矩-铁磁共振及自旋泵浦测试都能实现
• 产品亮点
– 最高测试频率 20 GHz & 40 GHz 两版本;
– 高达27 dBm的功率输出；
– 超高灵敏度可测试 1 nm CoFeB 薄膜样品；
– 测量频率连续可调，功率输出连续可调；
– 铁磁共振测试电表包含压控电流源和微波幅度调制功能，可实现 FMR, ST-FMR, ISHE & Spin-Pumping 等测量功能；
铁磁共振测试系统 – 技术参数
铁磁共振测试电表
频率范围
1～20 GHz
1～40 GHz
最大功率
27 dBm
27 dBm @ < 35 GHz
22 dBm @ 35~40 GHz
功率设置
连续可调
频率步进
0.01 GHz
频率稳定度/准确度
2 ppm
相位噪声
< -70 dBc/Hz @ 1 kHz
杂波
< -60 dBc
谐波
< -35 dBc (@ 6GHz以上)
< -25 dBc (@ 6GHz以下)
幅度调制
外部调制
额外功能
内置压控电流源用于FMR交流调制
高度
2 U
通迅接口
RS232
软件
环境变量控制
温度，磁场
测试功能
FMR, ST-FMR, ISHE&Spin pumping
数据拟合
洛伦兹线型拟合；微分谱拟合；基特尔拟合
可获得参数
共振磁场 (Hr)，共振频率 (fr)，共振线宽 (△H)，Gilbert阻尼因子 (α) , 旋磁比 (γ) , 郎德g因子 (g)，有效磁化强度(Meff)，逆自旋霍尔电压
扫描模式
扫磁场测量，频率在扫场时保持不变
系统组件 – 02. FMR样品杆
• 薄膜样品的高频测量，具有样品垂直/平行于磁场两种配置
• 产品亮点
– 最高测试频率 20 GHz & 40 GHz 两版本;
– 超高灵敏度可测试 1 nm CoFeB 薄膜样品；
– 两种磁场方向的样品杆结构，可满足绝大多数FMR测试需求；
– 样品杆工作温度：1.5 至 400 K；最大磁场：18 Tesla；
– 使用 Coldtube 进行独特的旋转 FMR 测量;
– 搭配⽜津TeslatronPT, PPMS, Cryogenics和南京鹏力-CPMS系统等
FMR样品杆 – 技术参数
类型
磁场平行于样品
磁场垂直于样品
测试功能
FMR, ST-FMR, ISHE&Spin pumping (薄膜样品)
频率范围
0～20 GHz, 0～40 GHz
适配平台
最大外径 25mm，兼容多种第三方低温超导磁体平台
使用多场科技低温磁场平台ColdTUBE可实现低温旋转FMR测试
CPW
直通CPW，搭配6直流通道
样品安装空间
10 mm x 10 mm
亥姆霍兹线圈
(调制线圈)
最高频率 10 kHz
最大驱动电流 100 mA
磁场/电流系数 0.08 Oe/ mA
系统组件 – 03. ST-FMR样品杆
• 微纳器件样品的高频测量，具有样品垂直/平行于磁场两种配置
• 产品亮点
– 最高测试频率 20 GHz & 40 GHz 两版本;
– 直接在样品托上用wire bonding的方式连接样品；
– 两种磁场方向的样品杆结构，可满足绝大多数ST-FMR测试需求；
– 样品杆工作温度：1.5 至 400 K；最大磁场：18 Tesla；
– 使用 Coldtube 进行独特的旋转 ST-FMR 测量;
– 搭配⽜津TeslatronPT, PPMS, Cryogenics和南京鹏力-CPMS系统等
ST-FMR样品杆 – 技术参数
类型
磁场平行于样品
磁场垂直于样品
测试功能
FMR, ST-FMR, ISHE&Spin pumping (微纳器件)
频率范围
0～20 GHz, 0～40 GHz
适配平台
最大外径 25mm，兼容多种第三方低温超导磁体平台
使用多场科技低温磁场平台ColdTUBE可实现低温旋转ST-FMR测试
CPW
2路 断路GSG电极
搭配8直流通道
搭配6直流通道
样品安装空间
8 mm x 9 mm
6 mm x 7 mm
·测试软件
• 兼容FMR、ST-FMR、Spin Pumping以及直流测量的⼀体化测试软件
·应用案例
应用案例 (1)—
磁性薄膜的FMR测量
样品信息
Si/SiO2/CoFeB(7 nm)/Ta(5 nm)
多场产品
1. FMR.Meter.40
2. FMR.Probe.26P.IP.40G
测试平台
QD-PPMS
• 面内CoFeB薄膜
即使在高达40GHz的频率下也显示出良好的信噪比。FMR数据可以很好地按照FMR微分谱进⾏拟合。共振频率和共振磁场的关系完全符合Kittel方程，Gilbert阻尼因⼦也可以基于共振线宽和频率依赖性来获得，如图所示。阻尼因⼦α的值可以确定为0.007。本组测试的多条曲线可以在⼀个测量序列中完成，数据拟合也可以直接在软件中完成。
样品信息
SrTiO3/(La, Sr)MnO3
多场产品
1. FMR.Meter.40
2. FMR.Probe.26P.IP.40G
测试平台
QD-PPMS
样品信息
Si/SiO2/Ta(5)/CoFeB(1)/MgO(2)/Ta(2 nm)
多场产品
1. FMR.Meter.40
2. FMR.Probe.26P.IP.40G
测试平台
QD-PPMS
• 垂直CoFeB薄膜
得益于超高信噪比，多场科技铁磁共振测试系统可以测试具有垂直各向异性的 1nm CoFeB 薄膜。这种界面诱导的垂直各向异性薄膜⼀般较薄，且共振场更高，相应的共振吸收信号相对于面内薄膜更小。
应用案例 (2)—
铁磁/重⾦属器件的ST-FMR测量
样品信息
Si/SiO2/CoFeB(7 nm)/Ta(5 nm)
多场产品
1. FMR.Meter.40
2. FMR.Probe.26P.IP.40G
测试平台
QD-PPMS
• NiFe/Pt 的ST-FMR测量
薄膜结构为 NiFe (5 nm) /Pt (5 nm) 的样品制备成器件，与ST-FMR样品座上的电极通过wire bonding进⾏连接 (建议使用金线以降低损耗)。幅度调制的微波信号注⼊器件，并通过锁相放大器监测整流电压。
应用案例 (3)—
铁磁/重⾦属器件的自旋泵浦&逆自旋霍尔电压测量
样品信息
Si/SiO2/NiFe(7 nm)/Ta(5 nm)
多场产品
1. FMR.Meter.40
2. FMR.Probe.26P.IP.40G
测试平台
QD-PPMS
• NiFe/Ta 的ST-FMR测量
薄膜结构为 NiFe (5 nm) /Pt (5 nm) 的样品制备成器件，与ST-FMR样品座上的电极通过wire bonding进⾏连接 (建议使用金线以降低损耗)。幅度调制的微波信号注入器件上的GSG电极，引起NiFe共振并向Ta中泵浦自旋流，通过锁相放大器监测样品上的逆自旋霍尔电压。
* 自旋泵浦(Spin pumping) 是⼀种产生自旋电流的常用方式，可以通过反自旋霍尔效应 (ISHE) 来监测。这两种效应的结合可以测量材料的许多重要的自旋相关特性，如界面自旋输运、自旋霍尔效率等。同时，由于自旋泵浦效应伴随着铁磁共振，也可以反映材料基本的磁特性。