CN111060749A - 一种低场量子电阻测量仪 - Google Patents

Abstract

一种低场量子电阻测量仪，使用技术成熟、维护成本低的GM制冷机作为冷源进行量子霍尔电阻测量，并通过悬挂机构将多级GM制冷机与杜瓦冷罐相互独立设置以减少振动对量子霍尔电阻芯片的测量不确定度的影响，利用常温下的低频电流比较仪电桥将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻，将量子电阻测量仪的测量不确定度保持在10^‑8量级，使量子电阻测量仪连续运行成为可能，从设备成本和运行成本上节省大量资金，不需要额外消耗紧缺资源液氦，避免了资源的浪费。采用JT循环系统使量子电阻测量仪即可用石墨烯量子霍尔电阻芯片又可用低场砷化镓量子霍尔电阻芯片进行测量，且设计可拆卸式样品杆，并在样品杆内设置芯片转换装置，提高了设备的通用性。

Description

一种低场量子电阻测量仪

技术领域

本发明涉及量子电阻测量技术，特别是一种低场量子电阻测量仪。

背景技术

在霍尔效应发现100年后，德国科学家冯·克里青、多尔达和派波尔等人发现高迁移率的半导体器件—如硅或砷化镓的异质结器件被冷却到几K温度时，外加一个约10T的磁场，在通过器件的电流固定时，霍尔电压随磁感应强度变化的曲线上存在一些区域，在这些区域中，当磁感应强度变化时，霍尔电压保持不变，这种现象称为量子化霍尔效应。这时电子被完全极化，自旋的能量是常数，可以忽略，它是二维电子气(2DEG)在超低温和强磁条件下完全量子化时出现的现象。霍尔电阻Rh表示为：Rh＝RH/i＝h/ie²(i＝1，2，…)；式中：h/e²为冯·克里青常数RH，h为普朗克常数，e为电子电荷，i为正整数。i＝1时，量子霍尔电阻在该第一量子平台处的阻值Rh＝25812.8074Ω；i＝2时，量子霍尔电阻在该第二量子平台处的阻值Rh＝12906.4037Ω。均为常数，故而可以作为量子霍尔电阻自然基准，由于这项发现，冯·克里青荣获1985年的诺贝尔物理学奖。美籍华裔科学家崔琦等人因进一步发现分数量子化霍尔效应和对量子化霍尔样品实用化方面的重要贡献而荣获1998年的诺贝尔物理学奖。

利用量子化霍尔效应建立的直流电阻自然基准，在电阻测量方面理论上可在10^-9量级复现电阻量值。依据量子化霍尔效应开发有量子电阻测量仪，传统的量子电阻测量仪需要10T的强磁场、1.2K的超低温，存在磁感应强度高和温度超低、需要液氦、不能连续运行的缺陷。且液氦目前存量极低，供应紧缺，价格极为昂贵，严重限制了量子霍尔电阻自然基准的推广和应用。

安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中实现了量子化霍尔效应并因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。用石墨烯作为量子霍尔电阻芯片材料，其对工作磁场的要求不高于6T，对温度的要求仅为4.2K左右，因此降低了量子电阻测量仪对磁场和温度的要求；故而可以采用制冷机代替液氦制冷实现以石墨烯芯片为核心的量子电阻测量仪，可大幅降低测量成本，但是量子电阻测量仪的不确定度在10^-8量级，制冷机运行时存在较大的振动和噪声干扰，严重影响量子电阻测量的准确度。由于脉管机仅存在气流膨胀压缩引起的微小振动，故而配合其他条件可以使量子电阻的测量不确定度达到10^-8量级，国外有成功利用脉管机制冷替代液氦制冷实现以石墨烯芯片为核心的量子电阻测量仪的报道。但是脉管机结构复杂、价格昂贵、寿命有限，且国内关于脉管机的研制尚不成熟，不能实现量子电阻测量仪在国内的产业化推广和广泛应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种低场量子电阻测量仪，在量子电阻测量中采用石墨烯为量子霍尔电阻芯片，能够在较低的磁场和较高的温度下实现量子化霍尔效应，使用多级GM(Gifford-McManhon)制冷机代替液氦制冷，并将多级GM制冷机通过减振装置及机构独立于杜瓦冷罐设置，以降低GM制冷机在量子电阻测量仪中的振动，且使用在常温下的频率小于1Hz的电流比较仪电桥将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻，在保证测量精度基准的基础上降低量子电阻测量的成本，使量子电阻测量仪连续运行成为可能。本发明所述的低场量子电阻测量仪中的低场是指相对于传统的量子电阻测试仪需要的10T磁场，采用不高于6T的较低磁场实现量子霍尔电阻测量。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于低场量子电阻测量仪，包括杜瓦冷罐、量子霍尔电阻芯片、电流比较仪电桥、超导磁体和多级GM制冷机，所述量子霍尔电阻芯片设于所述超导磁体产生的磁场内部，所述多级GM制冷机为超导磁体提供冷源；所述杜瓦冷罐壳体设有冷头插入孔，所述超导磁体、量子霍尔电阻芯片和多级GM制冷机的冷头均位于所述杜瓦冷罐内；还包括独立于所述杜瓦冷罐设置的悬挂机构，所述悬挂机构用于悬挂固定所述多级GM制冷机，所述悬挂机构包括立柱、设于立柱上的悬臂梁和设于所述悬臂梁的多级GM制冷机固定装置，所述多级GM制冷机与所述冷头插入孔之间通过减震波纹管进行软连接密封，所述量子霍尔电阻芯片通过电流比较仪电桥将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻；所述电流比较仪电桥为在常温下低频交流匝比电桥，所述低频是指频率小于1Hz。

作为优选，所述电流比较仪电桥包括环形铁芯和绕于所述环形铁芯上的第一比例绕组、第二比例绕组和检测绕组，所述第一比例绕组的第一端连接第一电流源的一端，所述第一比例绕组的第二端和所述第一电流源的另一端分别连接所述量子霍尔电阻芯片的电流端；所述第二比例绕组的第一端连接第二电流源的一端，所述第二比例绕组的第二端和所述第二电流源的另一端分别连接所述被测电阻的电流端；所述检测绕组与所述阻容网络形成谐振回路并串接有锁相放大器差流指示仪，当所述锁相放大器差流指示仪检测到不平衡电流时，经放大器将所述不平衡电流放大并通过耦合补偿线圈反馈到所述第一电流源，进而所述锁相放大器差流指示仪自动平衡调整所述第一电流源使所述锁相放大器差流指示仪指零；所述量子霍尔电阻芯片的第一电压端经过锁相放大器差压指示仪与所述被测电阻的第一电压端相连，所述量子霍尔电阻芯片的第二电压端与所述被测电阻的第二电压端相连，所述锁相放大器差压指示仪检测所述量子霍尔电阻芯片的第一电压端与所述被测电阻的第一电压端的差值，通过所述电压差值计算被测电阻阻值。

作为优选，所述第一电流源与所述第二电流源为同频的低频交流电流源，所述第一电流源与所述第二电流源的频率小于1Hz，它们分别通入所述第一比例绕组和所述第二比例绕组，所述第一比例绕组和所述第二比例绕组绕组与检测绕组共同绕在一个铁芯上，由于所述第一比例绕组和所述第二比例绕组中电流流入的方向相反，产生相反的磁通，所述锁相放大器差流指示仪测量所述检测绕组与所述阻容网络形成谐振回路中的不平衡电流信号，经过所述放大器和所述耦合回路反馈给第一电流源，使所述环形铁芯中的剩余磁通为零，所述锁相放大器差流指示仪指零，实现第一电流源输出电流与所述第一比例绕组匝数的乘积等于第二电流源输出电流与所述第二比例绕组匝数的乘积，得到准确的电桥比例值。

作为优选，所述低场量子电阻测量仪还包括撬装底座，所述立柱固定于所述撬装底座，所述杜瓦冷罐通过若干气浮减震装置固定于所述撬装底座。

作为优选，所述杜瓦冷罐通过至少3个气浮减震装置固定于所述撬装底座。

作为优选，所述多级GM制冷机为二级GM制冷机，其冷头包括第一级冷头和第二级冷头，所述杜瓦冷罐内设有第一级冷屏和套接于所述第一级冷屏内的第二级冷屏，所述第一级冷头设于所述第一级冷屏内，所述第二级冷头、所述超导磁体和所述量子霍尔电阻芯片设于第二级冷屏内；所述第二级冷屏内的最低温度不高于4.2K。

作为优选，所述低场量子电阻测量仪还包括设于所述超导磁体产生的磁场中心的样品空间，所述霍尔电阻芯片直接放置于所述样品空间或所述霍尔电阻芯片通过样品杆放置于所述样品空间。

作为优选，所述样品杆为杜瓦样品杆，所述量子霍尔电阻芯片放置于所述杜瓦样品杆的内部。

作为优选，所述量子霍尔电阻芯片为石墨烯量子霍尔电阻芯片或低场砷化镓量子霍尔电阻芯片，所述杜瓦样品杆内部设有既可以与石墨烯量子霍尔电阻芯片相对接又可以与所述低场砷化镓量子霍尔电阻芯片相对接的芯片转换装置。

作为优选，所述低场量子电阻测量仪还包括能够在第二级冷屏内将氦气液化并通过设于所述样品杆底部的样品杆节流装置使所述量子霍尔电阻芯片所在位置的温度降到1.5K左右的JT(Joule-Thomson)循环系统。

作为优选，所述量子霍尔电阻芯片在第二量子平台处的阻值为12906.4037Ω。

本发明相对于现有技术优势在于：

1、本发明所述的低场量子电阻测量仪，通过使用石墨烯量子霍尔电阻芯片将量子电阻测量仪的测试环境从10T的强磁场和1.2K的超低温要求降低至6T的较低磁场和4.2K的较高温度，并采用独立于所述杜瓦冷罐设置的悬挂机构，避免多级GM制冷机运行时产生的振动影响量子霍尔电阻芯片的测量不确定度，使得量子电阻测量仪使用多级GM制冷机进行制冷成为可能。使用技术成熟、维护成本低的GM制冷机作为冷源，一方面从设备成本及运行成本上节省大量资金，另一方面不需要额外消耗世界紧缺资源液氦，在测量耗材上避免了资源的浪费，使量子电阻测量仪连续运行成为可能。且通过设于常温下的频率小于1Hz的电流比较仪电桥将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻，采用绕于所述环形铁芯上的第一比例绕组、第二比例绕组和检测绕组的绕制技术和屏蔽技术克服磁泄露，采用谐振技术和锁相技术抑制检测噪声，并采用放大器技术提高灵敏度，进一步提高量子电阻测量仪的传递准确度。

2、本发明所述的低场量子电阻测量仪，其多级GM制冷机为二级GM制冷机，可全自动连续运行、稳定可靠、无需专人值守、占地面积小、便于实验室内安装运行，促进了量子电阻测量仪的推广和应用。

3、本发明所述的低场量子电阻测量仪，将多级GM制冷机与杜瓦冷罐分别通过悬挂机构和气浮减震装置安装于撬装底座，使得其结构更加紧凑，便与移动和运行，且通过在多级GM制冷机与所述冷头插入孔之间设置减震波纹，进一步降低多级GM制冷机运行时产生的振动对量子霍尔电阻的测量不确定度的影响，使得量子霍尔电阻的测量不确定度保持在10^-8量级。

4、本发明所述的低场量子电阻测量仪，量子霍尔电阻芯片既可为石墨烯量子霍尔电阻芯片，又可为低场砷化镓量子霍尔电阻芯片，低场砷化镓量子霍尔电阻芯片的含义是指能够在不高于6T的较低磁场中正常完成测量的砷化镓量子霍尔电阻芯片，一般石墨烯量子霍尔电阻芯片尺寸较大，为7mm×7mm到10mm×10mm之间，低场砷化镓量子霍尔电阻芯片尺寸较小，为3mm×3mm到5mm×5mm之间，不能使用现有的通用样品平台，本发明为了提高低场量子电阻测量仪的通用型，提出了一种内部带有芯片转换装置的杜瓦样品杆，用于将量子霍尔电阻芯片放置于样品空间，且能够拆卸下来便于更换量子霍尔电阻芯片。

5、本发明所述的低场量子电阻测量仪，设有通过样品杆节流装置使所述量子霍尔电阻处的温度降到1.5K左右的JT(Joule-Thomson)循环系统，结合芯片转换装置使得本发明的低场量子电阻测量仪既可以用于石墨烯量子霍尔电阻芯片又可用于低场砷化镓量子霍尔电阻芯片，不仅提高了低场量子电阻测量仪的通用性，还能提高石墨烯量子霍尔电阻芯片的测量精准度。且无需额外补充液氦只需使用JT循环系统中的氦气即可在量子霍尔电阻芯片所在位置达到1.5K的工作温度，大幅降低了量子电阻测量仪的测量成本。

附图说明

图1为本发明所述的低场量子电阻测量仪的示意图。

图中各标号列示如下：1-杜瓦冷罐；11-第一级冷屏；12-第二级冷屏；2-超导磁体；3-石墨烯量子霍尔电阻芯片；4-多级GM制冷机；41-第一级冷头；42-第二级冷头；5-悬挂机构；51-立柱；52-悬臂梁；53-多级GM制冷机固定装置；6-减震波纹管；61-气浮减震装置；7-撬装底座；8-JT循环系统；81-液氦收集处；9-样品空间；91-样品杆；92-样品杆节流装置；10-电流比较仪电桥，101-被测电阻，L-环形铁芯，N1-第一比例绕组，N2-第二比例绕组，N3-检测绕组，AC1-第一电流源，AC2-第二电流源，D2-锁相放大器差流指示仪，D1-锁相放大器差压指示仪，A-放大器，B-阻容网络N4-耦合补偿线圈。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图1和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。

实施例1

一种低场量子电阻测量仪，如图1所示，包括杜瓦冷罐1、超导磁体2、石墨烯量子霍尔电阻芯片3、电流比较仪电桥10和多级GM制冷机4，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3设于所述超导磁体2产生的磁场内部，所述多级GM制冷机4为超导磁体2和量子霍尔电阻芯片3提供冷源；所述杜瓦冷罐1的壳体设有冷头插入孔，用于将所述多级GM制冷机4的冷头插入所述杜瓦冷罐1内，向位于所述杜瓦冷罐1内的所述超导磁体2、石墨烯量子霍尔电阻芯片3提供冷源；还包括独立于所述杜瓦冷罐设置的悬挂机构5，所述悬挂机构5用于悬挂固定所述多级GM制冷机4，所述悬挂机构5包括立柱51、设于立柱51上的悬臂梁52和设于所述悬臂梁52的多级GM制冷机固定装置53，所述多级GM制冷机4与所述冷头插入孔之间通过减震波纹管6进行软连接隔热密封。所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3通过电流比较仪电桥10将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻101；所述电流比较仪电桥10为在常温下的小于1Hz的交流匝比电桥。

通过使用石墨烯量子霍尔电阻芯片3将量子电阻测量仪的测试环境从10T的强磁场和1.2K的超低温要求降低至6T的较低磁场和4.2K的较高温度，故而本发明所述的量子电阻测量仪是一种低场量子测量仪。低场是指相较于10T的强磁场较低的6T左右的低磁场。采用独立于所述杜瓦冷罐1设置的悬挂机构5，避免多级GM制冷机4运行时产生的振动影响石墨烯量子霍尔电阻芯片3的测量不确定度，使得量子电阻测量仪使用多级GM制冷机4进行制冷成为可能。使用技术成熟、维护成本低的GM制冷机作为冷源，一方面从设备成本和运行成本上节省大量资金，另一方面不需要使用世界紧缺资源液氦，在测量耗材上避免了资源的浪费。而且多级GM制冷机4为二级GM制冷机，可全自动连续运行、稳定可靠、无需专人值守、占地面积小、便于实验室内安装运行，使量子电阻测量仪连续运行成为可能，促进了量子电阻测量仪的推广和应用。

作为优选，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3通过电流比较仪电桥10将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻101。所述电流比较仪电桥10为低频电流比较仪电桥，能够实现在常温下的连续测量。具体地，所述电流比较仪电桥10包括环形铁芯L和绕于所述环形铁芯L上的第一比例绕组N1、第二比例绕组N2和检测绕组N3，所述第一比例绕组N1的第一端连接第一电流源AC1的一端，所述第一比例绕组N1的第二端和所述第一电流源AC1的另一端分别连接所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3的电流端；所述第二比例绕组N2的第一端连接第二电流源AC2的一端，所述第二比例绕组N2的第二端和所述第二电流源AC2的另一端分别连接所述被测电阻101的电流端；所述检测绕组N3与阻容网络B形成谐振回路并串接有锁相放大器差流指示仪D2，当所述锁相放大器差流指示仪D2检测到存在不平衡电流时，经放大器A将所述不平衡电流放大并通过耦合补偿线圈N4反馈到所述第以电流源AC1，进而调整所述第一电流源AC1使锁相放大器差流指示仪D2指零；所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3的第一电压端经过锁相放大器差压指示仪D1连接所述被测电阻101的第一电压端，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3的第二电压端与所述被测电阻101的第二电压端相连，所述锁相放大器差压指示仪D1检测所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3的霍尔电压与所述被测电阻101两端的电压差值，通过所述电压差值计算被测电阻阻值。采用绕于所述环形铁芯L上的第一比例绕组N1、第二比例绕组N2和检测绕组N3的绕制技术和屏蔽技术克服磁泄露，采用锁相技术抑制检测噪声，并采用放大器技术提高灵敏度，进而提高量子电阻测量仪的传递准确度。

作为优选，所述第一电流源AC1与所述第二电流源AC2为同频的低频交流电流源。因为所述多级GM制冷机4的振动频率为1Hz，为了避免共振影响测量传递精度，使得所述第一电流源AC1与所述第二电流源AC2的频率小于1Hz。所述第一电流源AC1与所述第二电流源AC2分别通入所述第一比例绕组N1和所述第二比例绕组N2，所述第一比例绕组N1和所述第二比例绕组绕组N2与检测绕组N3共同绕在一个铁芯上，由于电流流入的方向相反，产生相反的磁通，所述锁相放大器差流指示仪D2测量所述检测绕组N3与所述阻容网络B形成谐振回路中的不平衡电流信号，经过放大器A和耦合回路反馈给第一电流源AC1，使所述环形铁芯L中的剩余磁通为零，锁相放大器差流指示仪D2指零，实现第一电流源AC1输出电流与所述第一比例绕组N1匝数的乘积等于第二电流源输出电流AC2与所述第二比例绕组N2匝数的乘积，得到准确的电桥比例值。所述锁相放大器差流指示仪D2的不平衡电流经与所述第一电流源AC1与所述第二电流源AC2同频的谐振回路检测流经石墨烯量子霍尔电阻芯片3电流与流经所述被测电阻101电流之间的差值。采用谐振技术抑制检测噪声，以进一步提高量子电阻测量仪的传递准确度。

作为优选，所述低场量子电阻测量仪还包括撬装底座7，所述立柱51固定于所述撬装底座7，所述杜瓦冷罐1通过若干气浮减震装置61固定于所述撬装底座7。将多级GM制冷机4与杜瓦冷罐1分别通过悬挂机构5和气浮减震装置61安装于撬装底座7，使得其结构更加紧凑，便与移动和运行，且通过在多级GM制冷机4与所述冷头插入孔之间设置减震波纹管6，进一步降低多级GM制冷机3运行时产生的振动对量子霍尔电阻芯片3的测量不确定度的影响。作为优选，所述杜瓦冷罐通过至少3个气浮减震装置61固定于所述撬装底座7。

作为优选，所述多级GM制冷机为二级GM型制冷机，其冷头包括第一级冷头41和第二级冷头42，所述杜瓦冷罐1内设有第一级冷屏11和套接于所述第一级冷屏11内的第二级冷屏12，所述第一级冷头41设于所述第一级冷屏11内，所述第二级冷头42、所述超导磁体2和所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3设于第二级冷屏内12；所述第二级冷屏12内的最低温度不高于4.2K，以满足所述量子霍尔电阻芯片的工作环境。

作为优选，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3在第二量子平台处的阻值为12906.4037Ω。

作为优选，所述低场量子电阻测量仪，还包括设于所述超导磁体2产生的磁场中心的样品空间9，所述霍尔电阻芯片3直接放置于所述样品空间9或通过样品杆91放置于所述样品空间9，所述样品杆91可拆卸式密封隔热固定于所述杜瓦冷罐1的壳体上。

实施例2

本实施例与上述实施例不同地是，所述样品杆91为杜瓦样品杆，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3放置于所述杜瓦样品杆的内部。优选地，所述石墨烯量子霍尔电阻芯片3可替换为低场砷化镓量子霍尔电阻芯片，所述低场砷化镓量子霍尔电阻芯片是指能够在不高于6T的较低磁场中正常完成测量的砷化镓量子霍尔电阻芯片。所述杜瓦样品杆91内部设有既可以与石墨烯量子霍尔电阻芯片相对接又可以与所述低场砷化镓量子霍尔电阻芯片相对接的芯片转换装置。本发明所述低场量子电阻测量仪还包括能够使所述量子霍尔电阻芯片3所在位置的温度降到1.5K左右的JT(Joule-Thomson)循环系统8。所述JT循环系统8在第二级冷屏12内将氦气液化并存储于液氦收集处81，液氦收集处81内的液氦通过设于所述杜瓦样品杆91底部的样品杆节流装置92节流进入所述杜瓦样品杆91内部，进而使所述量子霍尔电阻芯片3所在位置的温度降到1.5K左右，甚至可以达到1.2K。使得本发明的低场量子电阻测量仪既可以用石墨烯量子霍尔电阻芯片又可用低场砷化镓量子霍尔电阻芯片进行测量，提高了低场量子电阻测量仪的通用性。且无需额外补充液氦只需使用JT循环系统8中的氦气即可在量子霍尔电阻芯片所在位置达到所述低场砷化镓量子霍尔电阻芯片的工作温度，大幅降低了量子电阻测量仪的测量成本。样品杆91可拆卸式软连接密封固定于所述杜瓦冷罐1壳体，便于取出更换量子霍尔电阻芯片，杜瓦样品杆的通用性较强，且进一步降低低场量子电阻测量仪的成本，提高量子电阻测量仪的推广率和应用范围。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种低场量子电阻测量仪，其特征在于，包括杜瓦冷罐、量子霍尔电阻芯片、电流比较仪电桥、超导磁体和多级GM制冷机，所述量子霍尔电阻芯片设于所述超导磁体产生的磁场内部，所述多级GM制冷机为超导磁体提供冷源；所述杜瓦冷罐壳体设有冷头插入孔，所述超导磁体、量子霍尔电阻芯片和多级GM制冷机的冷头均位于所述杜瓦冷罐内；还包括独立于所述杜瓦冷罐设置的悬挂机构，所述悬挂机构用于悬挂固定所述多级GM制冷机，所述悬挂机构包括立柱、设于立柱上的悬臂梁和设于所述悬臂梁的多级GM制冷机固定装置，所述多级GM制冷机与所述冷头插入孔之间通过减震波纹管进行软连接密封，所述量子霍尔电阻芯片通过电流比较仪电桥将量子霍尔电阻量值传递给被测电阻；所述电流比较仪电桥为常温低频交流匝比电桥。

2.如权利要求1所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述电流比较仪电桥包括环形铁芯和绕于所述环形铁芯上的第一比例绕组、第二比例绕组和检测绕组，所述第一比例绕组的第一端连接第一电流源的一端，所述第一比例绕组的第二端和所述第一电流源的另一端分别连接所述量子霍尔电阻芯片的电流端；所述第二比例绕组的第一端连接第二电流源的一端，所述第二比例绕组的第二端和所述第二电流源的另一端分别连接所述被测电阻的电流端；所述检测绕组与阻容网络形成谐振回路并串接有锁相放大器差流指示仪，当所述锁相放大器差流指示仪检测到不平衡电流时，经放大器将所述不平衡电流放大并通过耦合补偿线圈反馈到所述第一电流源，进而所述锁相放大器差流指示仪自动平衡调整所述第一电流源使所述锁相放大器差流指示仪指零；所述量子霍尔电阻芯片的第一电压端经过锁相放大器差压指示仪与所述被测电阻的第一电压端相连，所述量子霍尔电阻芯片的第二电压端与所述被测电阻的第二电压端相连，所述锁相放大器差压指示仪检测所述量子霍尔电阻芯片的霍尔电压与所述被测电阻的两端的电压差值，通过所述电压差值计算被测电阻阻值。

3.如权利要求2所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述第一电流源与所述第二电流源为同频的低频交流电流源，所述第一电流源与所述第二电流源的频率小于1Hz，它们分别通入所述第一比例绕组和所述第二比例绕组，所述第一比例绕组和所述第二比例绕组绕组与检测绕组共同绕在一个铁芯上，由于所述第一比例绕组和所述第二比例绕组中电流流入的方向相反，产生相反的磁通，所述锁相放大器差流指示仪测量所述检测绕组与所述阻容网络形成谐振回路中的不平衡电流信号，经过所述放大器和所述耦合回路反馈给第一电流源，使所述环形铁芯中的剩余磁通为零，所述锁相放大器差流指示仪指零，实现第一电流源输出电流与所述第一比例绕组匝数的乘积等于第二电流源输出电流与所述第二比例绕组匝数的乘积，得到准确的电桥比例值。

4.如权利要求1-3之一所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，还包括撬装底座，所述立柱固定于所述撬装底座，所述杜瓦冷罐通过至少3个气浮减震装置固定于所述撬装底座。

5.如权利要求1所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述多级GM制冷机为二级GM制冷机，其冷头包括第一级冷头和第二级冷头，所述杜瓦冷罐内设有第一级冷屏和套接于所述第一级冷屏内的第二级冷屏，所述第一级冷头设于所述第一级冷屏内，所述第二级冷头、所述超导磁体和所述量子霍尔电阻芯片设于第二级冷屏内；所述第二级冷屏内的最低温度不高于4.2K。

6.如权利要求1所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述低场量子电阻测量仪还包括设于所述超导磁体产生的磁场中心的样品空间，所述霍尔电阻芯片直接放置于所述样品空间或所述霍尔电阻芯片通过样品杆放置于所述样品空间。

7.如权利要求6所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述样品杆为杜瓦样品杆，所述量子霍尔电阻芯片放置于所述杜瓦样品杆的内部。

8.如权利要求7所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述量子霍尔电阻芯片为石墨烯量子霍尔电阻芯片或低场砷化镓量子霍尔电阻芯片，所述杜瓦样品杆内部设有既可以与石墨烯量子霍尔电阻芯片相对接又可以与所述低场砷化镓量子霍尔电阻芯片相对接的芯片转换装置。

9.如权利要求7所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述低场量子电阻测量仪还包括能够在第二级冷屏内将氦气液化并通过设于所述杜瓦样品杆底部的样品杆节流装置使所述量子霍尔电阻芯片所在位置的温度降到1.5K左右的JT循环系统。

10.如权利要求1所述的低场量子电阻测量仪，其特征在于，所述量子霍尔电阻芯片在第二量子平台处的阻值为12906.4037Ω。

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