Описание Комплекс PPMS-5T VF

Комплекс измерений физических и магнитных свойств материалов PPMS-5T – это автоматизированная система для проведения прецизионных экспериментов в области физики конденсированного состояния. Данная установка позволяет исследовать широкий спектр физических свойств твердых материалов, таких как магнитная восприимчивость, электрическое сопротивление, эффект Холла и теплоемкость, в экстремальных условиях — при сверхнизких температурах вплоть до 1.6 Кельвина и в присутствии сильных магнитных полей до 5 Тесла.

Технические особенности и принципы функционирования

Принцип работы охладителя автоматизированного комплекса измерения физических и магнитных свойств материалов PPMS-5T основан на базе эффекта Джоуля-Томсона. Криорефрижератор установки работает по циклу Гиффорда-МакМагона, обеспечивающй охлаждение и поддержание образца в температурном диапазоне от 1.6 до 300 К. Ключевой особенностью системы является ее полная автономность и отсутствие необходимости использования жидких криогенных агентов, таких как гелий. Криосистема комплекса исследования магнитных свойств PPMS-5T построена на базе импульсной трубки, позволяющей достигать сверхнизких температур при мощности трубки всего в несколько ватт. Отличительной чертой cухой сверхпроводящей криогенной измерительной магнитной системы PPMS-5T является увеличенная камера для образцов диаметром 50 мм, предоставляющая больше пространства для установки сложных измерительных зондов и образцов.

Области применения

• Исследование магнитной анизотропии ферро- и антиферромагнетиков.
• Угловые зависимости ферромагнитного резонанса (FMR) и Spin-Torque FMR.
• Изучение транспортных свойств в зависимости от ориентации магнитного поля.
• Тестирование материалов для спинтроники.

Охладитель системы

Базовая температура (Base Tempetarute) каждого ключевого компонента показывает минимальную нормальную рабочую температуру системы  Базовая температура для пробоотборника системы составляет 1.6 К, для магнита –  4К.

Базовая температура компонентов PPMS-5T	Время охлаждения компонентов PPMS-5T

Температурная стабильность прибора соответствует колебаниям температуры образца, не превышающим 10 мК, во всем диапазоне нагрузок магнитного поля (5 Тесла) и достигается за счет использования криоконтроллеров собственной разработки, а также специального теплозащитного экрана. 

Температурная стабильность зонда при температуре 300 К при непрерывном изменении магнитного поля

Переход сухой магнитной системы PPMS-5T от комнатной температуры к рабочей занимает менее 150 минут. Высокоточные криоконтроллеры системы являются собственной разработкой компании и обеспечивают точность термостабилизации ±10 мК во всем температурном диапазоне.

Время охлаждения PPMS-5T с магнитным полем 5 Тл

Магнитная система

Магнитная система комплекса PPMS-5T выполнена на базе компактного раздельного магнита и генерирует высокостабильное магнитное поле до ±5 Тл в вертикальном направлении. Компактный и надежный сверхпроводящий магнит выполнен в виде проводника с обмоткой проводами из NbTi, создающего  магнитное поле в горизонтальном или вертикальном направлении (в зависимости от направленности обмотки). Он хорошо работает в диапазоне температур жидкого гелия (~ 4,2 К). Для охлаждения магнита до рабочей температуры используется криохладитель. Дополнительный расход жидкого гелия для поддержания температуры магнита не требуется.

Сверхпроводниковый магнит PPMS-5T

Источник питания

Благодаря использованию биполярного источника питания собственной разработки, магнитное поле системы не только очень стабильно при поддержании фиксированного значения, но и очень плавно при пересечении нулевой точки – < 50 ppm при 5 Тл. Для управления магнитом используется биполярный источник питания, который обеспечивает скорость изменения магнитного поля свыше 125 Э/с и стабильность поддержания поля лучше 50 ppm.

Стабильность поля (лучше 50 ppm) при 2К	Стабильность поля (лучше 50 ppm) при 300К

Скорость развертки магнитного поля системы PPMS-5T составляет более 125 Э/с. Высокоэффективный сверхпроводящий магнит системы является краеугольным камнем его передовой технологии, обеспечивая эффективность, стабильность и надежность. Система охлаждения оптимизирована для достижения более высокой скорости очистки поля, что обеспечивает более быструю готовность к работе и повышает общую производительность.

Скорость изменения поля (лучше 125 Э/с) при 2К	Скорость изменения поля (лучше 125 Э/с) при 300К

Величина магнитного поля при пересечении нуля с медленной скоростью (10 Э/с )	Величина магнитного поля при пересечении нуля с быстрой скоростью (60 Э/с)

Программное обеспечение для автоматизации измерений

ПО установки PPMS-5T позволяет производить автоматизированный сбор и хранение данных. ПО позволяет отображать данные и управлять прибором в режиме реального времени. ПО позволяет управлять температурой образца, магнитным полем, модулем вращения, контролировать давления гелия, осуществлять автоматическую продувку (в случае наличия опции), вентиляцию и циркуляцию гелия. ПО также имеет возможность задания последовательной инструкции (рецептов) для автоматизации работы.

Внешний вид ПО

Опции

Система поддерживает модульную архитектуру и может быть дополнена широким спектром опций для расширения функциональности.

• Приставка получения ультра-низких температур: позволяет достигать температур ниже 0.3 К. Используется для исследований в области квантовой материи и сверхпроводимости.

• Поворотный модуль предназначен для вращения образцов в вертикальной оси, перпендикулярной магнитному полю. Модуль вращения имеет особое уплотнение в камере, для предотвращения утечки газовой среды.

• Измерительные модули. Набор стандартных измерительных вставок для проведения основных типов измерений физических свойств материалов, включающий модуль электротранспортных измерений (ETM) для определения удельного сопротивления и эффекта Холла, модуль термотранспортных измерений (TTM) для анализа теплопроводности и термо-ЭДС, а также модуль ферромагнитного резонанса (FMR).

FMR	ETM	ST-FMR

• Автоматический модуль продувки и вентиляции: Система, состоящая из соленоидных клапанов, манометра и вакуумного насоса. Обеспечивает дистанционную автоматизированную подготовку и загрузку образца без нарушения вакуума в основной системе.
• Вибромагнитный модуль (VSM): Высокочувствительный магнитометр для измерения намагниченности.