Construção e caracterização de um sistema realimentado para medidas de precisão de pequenas tensões em corrente contínua e em temperatura ambiente

Abstract

Neste trabalho apresentamos o desenvolvimento, construção de protótipo e correspondentes testes realizados de um sistema de realimentado de medidas de tensão em corrente contínua. Este sistema tem como características principais a alta estabilidade, alta sensibilidade e reduzido tempo de resposta, características geralmente não presentes ao mesmo tempo em outros equipamentos tradicionais de medidas de tensão. Estas características são necessárias para a realização de medidas de magnetotransporte eletrônico no estudo da capacidade de injeção de spins em amostras com algum tipo de ordem quiral, como DNA ou helimagnetos, onde o melhor entendimento da relação entre quiralidade e a capacidade de seleção de spins se constitui em meio essencial para o avanço da Spintrônica atual. O sistema desenvolvido utiliza um amplificador sensível à fase (Lock-in Amplifier – LIA) em configuração de realimentação negativa, permitindo atingir as características necessárias para a medida acima descrita e operando em temperatura ambiente. Por ultimo avaliamos o sistema construído e os resultados obtidos na caracterização deste, comparando-os com as características necessárias para seu uso em diversos possíveis experimentos, sugerindo possíveis melhorias para o sistema. Estes resultados apontam que um sistema automatizado de medidas de tensão com as características desejadas pode ser totalmente construído no próprio Instituto de Física como um aparelho único, englobando todos os estágios propostos e testados.

In this work we present the development, prototype construction and corresponding tests of a feedback system of voltage measurements in direct current. This system has, as main characteristics, high stability, high sensitivity and reduced response time, properties not usually present at the same time in other traditional equipments for voltage measurements. These characteristics are necessary to carry out magnetotransport measurements for the study of the spin injection of samples with some kind of chiral order, such as DNA or helimagnets, where the best understanding of the relation between chirality and spin selection constitutes an essential means for the advancement of Spintronics. The developed system uses a phase-sensitive amplifier (Lock-in Amplifier – LIA) in negative feedback configuration, allowing to reach the characteristics necessary for the measurement described above, wholly operating at room temperature. Finally, we evaluate the system and the results obtained in its characterization, comparing those with the needed properties for its use in several possible experiments, also suggesting improvements to the present solution. These results indicate that an automated voltage measurement system with the desired characteristics can be fully built at the Instituto de Física – UFRGS as a single apparatus, encompassing all stages proposed and tested.