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多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统      
 
 
集磁、电、热测量多功能于一体的振动样品磁强计
 
                                                                       ——VersaLab
 
首席研发科学家Dr. Jim O’brien 和VersaLab,从图中可以看出设备非常小巧。 
    美国Quantum Design公司是由世界上第一台SQUID磁强计的设计者创立,坐落于美国加州圣迭戈市。在公司成立的二十多年里,Quantum Design公司专注于打造两种产品线—SQUID磁学测量系统(MPMS)和综合物性测量系统(PPMS),它们已经成为研究领域实验数据可靠的标志,被广泛应用于物理、化学及材料科学等众多研究领域,遍布几乎所有世界一流相关实验室。
    2007年1月美国Quantum Design公司郑重推出了第三种产品—多功能振动样品磁强计(VSM)—VersaLab,它是Quantum Design公司推出的第一种无液氦多功能振动样品磁强计系统,最高磁场为3 T,温度范围为50~400 K。可以全自动高精度的进行磁、电、热等多种物性测量。
  
    从某种意义上来说,VersaLab也是一种经济型的PPMS系统(Quantum Design公司一种广为认可的材料研究大平台),因为VersaLab上的测量选件如磁学、电输运、比热等都是从PPMS上移植过来的,是非常成熟可靠的技术,经过了长时间的实验检验,这些测量方法的可靠性和便捷性在过去的十几年中已经得到世界科学界的广泛认可。与PPMS相比,VersaLab的测量功能和精度几乎完全相同,只不过磁场略低、温区略窄,但产品的诸多新特点使得用户的购买成本和运行成本大大降低。


 
主要特征:
 
•  集合磁、电学、热等高精度测量,功能强大
•  50-400K测量全程无需液氦或液氮,(微型制冷机冷却超导磁体以及样品室)
•  专利技术提供更高温度控制精度
•  超导磁体提供更均匀的背景磁场
•  高低温下均可达到最大3特斯拉磁场
•  无磁极间距调整及鞍区调整等复杂操作
•  高磁场下长期运行也无需冷却水
•  单相电源供电(220V)能耗小(2.4KW)
•  体积小巧,便于移动(重86 kg高1.31m)
 

 
丰富多样的选件:

样品水平旋转杆选件(磁学、电学测量)
 
    VersaLab上的样品水平旋转杆选件是用于测量与角度相关联的电和磁性质,例如电阻率、霍尔效应、临界电流、伏安特性以及磁各向异性等。样品安装在能够轻易拆装的带有镀金引线的样品板上,仅需要将特定功能的样品板插入到旋转台上就能进行角度相关测量,在测量的过程中转杆由步进马达控制按照输入的转动精度进行全自动转动。
技术参数:
•  转角范围: -10° to 370°
•  角度转动步长: 0.05°或0.0045° (高精度)
•   转动重复性: < 1.0°
•  转动速度: 10°每秒或1°每秒(高精度)
 


VSM 高温炉选件
 
    VersaLabVSM的高温炉选件用于扩展磁学测量的温度区间,最高可以达到1000K。采用专利的样品腔真空绝热技术而没有采用任何加热炉腔,既没有引入噪声源保证了高温磁测量精度而且操作非常简单易行。
高温磁学测量技术参数:
•  稳定工作温度:300-1100K
•  均方根灵敏度:<10-5 emu
•  噪音基:<10-5 emu rms
•  温度测量精确度: 0.5K
 



电输运测量选件  
   

    磁、电测量往往密不可分,VersaLab系统最新推出的VersaLab电测量选件,允许用户在50-400K,±3T的系统环境下全自动的进行诸如电阻、微分电阻(非线性电阻)、磁电阻、伏安特性和霍尔效应等各种电学测量。
技术参数:
•   噪声基:1 nV/rtHz
•   电压输出范围:± 4.5 V (一倍增益时)
•  电流范围: 10nA-100mA 持续操作
•   频率范围: 直流或交流(0.1Hz-200Hz)
•   电阻测量精度:0.1% (R < 200 kΩ)
                         0.2% (R > 200 kΩ)
•   相对灵敏度: ± 10 nΩ RMS (typical)
•  电阻测量范围:四线法10-8Ω-106Ω
                        二线法106Ω-5X109Ω
 

 
比热测量选件
 
    比热是非常重要的物理量,但是实验上很难获得高品质的比热测量数据。Quantum Design公司采用了热驰豫法,使用世界领先的双τ模型专利技术对驰豫曲线进行拟合,全自动快速精确地获得变温和变场下的高质量比热数据,该项技术曾获得1998年世界“R&D100”大奖。
技术参数:
•  测量温度范围:50-400K
•  磁场范围:±3T
•  样品尺寸:1mg - 500mg(典型值20mg)
•  测量灵敏度:10nJ/K @2K
•  测量精度:<5% @2K - 300K(典型值<2%)
 


热输运测量选件
 
    热输运选件可以同时测量样品的热传导系数、Seebeck系数(热电势)和交流电阻率,并根据这三个数据计算出热电材料的品质因子。样品测量采用样品托的方式,并配套有专用的样品安装工具。
技术参数:
•  热传导测量精度:± 5 %
•  Seebeck系数测量精度:± 5 %
•  Seebeck系数测量范围:1 μV/K - 1 V/K
•  品质因子测量精度:± 15 %(取决于S)
 


多功能样品杆选件

    多功能样品杆能够方便用户将外接仪表的电源引线、信号采集线、光纤、微波导管等引入VersaLab系统的样品室内,从而可以进行例如铁电、介电、激光或微波辐照下的电输运等测量。

 

 
VersaLab与传统电磁铁VSM对比:

 

VersaLab

传统电磁铁VSM

磁场控制

NbTi超导磁体

铜线圈电磁铁

均匀区大(2.4cm)

均匀区窄(0.5cm)

高场下均匀度不变(0.1%)

高场均匀区大幅下降,磁噪声大

全自动化控制,操作方便

无需水冷

手动调节磁极间距和鞍区等复杂操作

需水冷

一体化机身屏蔽罩

无磁屏蔽,高场对周边人体与设备危害

温度控制

低温无需任何温度插件

高温使用自加热样品杆

低温、高温均需要外部插件

(使得磁极间距必须扩大,从而降低磁场强度和测量精度,并有巨大背景信号)

内置微型制冷机

低温无需液氦或液氮

低温需要液氦或液氮

VSM马达

长程电磁力驱动马达

(无任何机械噪声和磨损,无需维护)

机械马达

(机械噪声对磁测量产生影响)

振动方向与磁场平行

(提高磁信号探测灵敏度)

振动方向与磁场垂直

VSM测量

0-3T灵敏度均达到10-7emu

数据平均时间1

高场下由于电磁铁噪声对测量精度产生影响,数据测量时间长

内置<10-4 Torr高真空

(无机械振动和噪声)

配备机械真空泵,约10‑3 Torr

拓展功能

电输运、比热、铁电、介电、光电、磁电等

手动电测量、无其他功能

能耗

总功率2.4kW

磁场能耗5~8 kW

水冷机功率5~8 kW

变频压缩机,自动调节制冷功率,效率提高50%,噪音下降10%

仪器尺寸

86 kg,高1.31m

底部滑轮,可随意移动

重达上千公斤,无法移动

 
 
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