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完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool      
 

PPMS®DynaCool™            全新一代完全无液氦PPMS
 
    美国Quantum Design公司近期隆重推出最新产品——完全无液氦综合物性测量系统PPMS®DynaCool™。它是继多功能振动样品磁强计VersaLab3T50K-400K)之后,Quantum Design公司推出的第二款完全无需液氦等任何制冷剂的测量系统。
    PPMS DynaCool在功能上仍然是一台PPMS系统,具有以往PPMS系统的所有测量功能。然而由于其杜瓦内部的重新优化设计,使得PPMS DynaCool系统完全不需要液氦等任何制冷剂,系统使用一个二级脉冲管制冷机同时为超导磁体和样品测量提供超低振动的低温环境。并且系统主机就已经集成了产生<10-4Torr高真空的冷泵,从而使PPMS DynaCool能与所有相关选件升级兼容。
基系统特点: 
l  完全无需液氦或液氮等任何制冷剂

l  温度范围:<1.85K 400K

l  连续低温控制:能在4.2K以下无限时控温,且能连续平滑通过4.2K液氦相变点

l  可控的温度扫描模式

l  完全自动化控制所有功能选件

l   主机内置冷泵提供10-4Torr高真空

l  基于CAN的电路构架增强选件之间的兼容性

l  具有节能的Standby模式,并能迅速恢复至正常运行

 
系统原理图 
 
PPMS DynaCool温度扫描曲线,300K降至1.9K少于40分钟
温度参数
 
温度范围:1.85K-400K

          VSM高温炉可扩展高温至1000K

          He3制冷机可扩展低温至0.5K

          稀释制冷机可扩展低温至50mK

降温时间:从300K降至1.9K并稳定<40min

温度稳定性:±0.1% for T<20K(典型值)

                 ±0.02% for T>20K(典型值)

控温模式:连续低温控制和温度扫描模式 
磁场参数:
 
  9T磁体
  磁场范围:±90000 Oe
  达到满场时间:<8min
  扫场速率:0.1——200 Oe/S
  初次启动时间:~16小时 
 
 
14T磁体
磁场范围:±140000 Oe
达到满场时间:<40min
扫场速率:0.2——120 Oe/S(低场时更快)
初次启动时间:~40小时 
  
功能选件——磁学测量
 
振动样品磁强计选件(VSM) 
采用长程电磁力驱动马达,比传统VSM马达噪音更低。
采用超导磁体,磁场均匀度比传统电磁铁更好。
采用新型控温技术,比传统VSM控温更好。 
高温炉组件可将VSM的高温扩展至1000K
VSM测量参数:
灵敏度: < 10-6 emu/tesla
噪音基: 6 x 10-7 emu rms
精确度: < 5 x 10-6 emu/tesla
振动频率: 40 Hz
振动幅值: 0.5 to 10 mm
最大可测磁矩: ~ 40 emu
最大可测量磁矩: ~ 75 emu
探测线圈内径: 6.3 mm I.D. 12 mm I.D.(可选)
长程电磁驱动高精度马达 
 
交流磁化率线圈原理图 
新型交流磁学性质测量选件(ACMS II
可同时测ACDC的磁学性质,而且测交流磁化率精度很高,可与SQUID媲美。 
 
交流磁化率 
灵敏度: 1 x 10-8 emu
交流场: 0.005 Oe – 15 Oe (peak)
频率: 10 Hz – 10 KHz
特有的校准线圈组逐点测量并消除了背景相漂移

直流磁化强度
灵敏度: 5 x 10-6 emu 
 
 
光诱导磁测量选件(VSM FOSH)
 
该组件为研究光激发情况下物质磁性变化的最佳选择。可选波长连续可调的光源。
 
单色光源 (MLS) 
波长范围: 360 nm to 845 nm
光源: 氙灯 – 150 W
光纤:325 - 900 nm (D320-UV)
      375-2250 nm (D320-IR)
样品尺寸: 1.6 mm (max)
灵敏度: < 1 x 10-4 emu
可控电子快门 
 
光磁样品杆 
 
磁扭矩高精度芯片 
磁各向异性测量所用旋转样品杆 
扭矩磁强计选件(Torque Magnetometer) 
磁各向异性的高精度测量首选组件。
扭矩背景噪音: 1×10-9 Nm
磁矩灵敏度: 1×10-7 emu @ 9T 1×10-8 emu @ 14T
扭矩测量范围: ±10-5 Nm
芯片尺寸: 6×6×1 mm3
安装样品区域: 2×2 mm2
最大样品尺寸: 1.5×1.5×0.5 mm3
最大样品质量: 10 mg
角速度(度/秒): 0.05 - 10(标准型) 0.0045 - 1(高精度                   型)
角度步长: 0.05°(标准型)0.0045°(高精度型)
 
 
功能选件——电学测量
 
直流电输运选件( DC Resistivity ) 
电流范围: 5nA - 5mA
最高电压: 95mV
电压灵敏度: 20nV (典型值)
电阻测量范围: 4μΩ - 4MΩ
测量精度: 0.01% (典型值)
 
高级电输运测量选件(ETO 
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 (典型值)
电阻测量范围:四线法10-8Ω-106Ω
            二线法106Ω-1010Ω

 
电测量用样品托 
范德堡法测电阻      channel1四点法测电阻
                   channel2霍尔测量 
功能选件——热学测量
 
比热测量选件(Heat Capacity)
l  高精度、高自动化程度的设计

l  便捷的样品安装装置

l  具有自动驰豫的精密量热学技术

l  具有完备的数据收集电子设备和数据分析软件

l  采用出色的双 ι (two tau model )模型拟合技术

l  对于每一个测量点系统自动计算和记录德拜温度

测量温度范围:1.9K - 400K(从2K开始出点)
              配合He3 制冷机可达<0.4 K
              配合稀释制冷机可达50 mK
可测比热范围:1μJ/K – 100mJ/K
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%) 
比热专用样品托 
不同磁场下比热随温度的变化曲线 
 
热输运测量样品示意图 
热输运腔外检测装置 
 
电阻率测量
  最大电流200mA
品质因子测量
  测量精度:±15%(取决于S)
  测量速度(典型值)
  ±0.5 K/min,T>20 K;±0.2 K/min,T<20 K

 
 
热输运测量选件(TTO) 
l独特的设计使得PPMS配合该选件, 能够进行以下参数的测量:
      AC 电阻率
      热导; 热导率
      塞贝克系数
      热电品质因数
l利用专用的样品托进行样品安装和固定, 不需要特殊的样品杆
 
l四端头引线法将接线头的热阻和电阻效应降到最低
 
l在温度不断变化的情况下进行连续测量,能够得到高密度的数据
 
l特有的系统自适应测量方案非常适合研究陌生材料
 
l软件可以精确的动态建立热流量模型,补偿各种可能的系统误差
 
l全自动的测量过程,操作简单
热传导测量精度
  ± 5 %或± 2 μW/K, T < 15 K
  ± 5 %或± 20 μW/K, 15 K < T < 200 K
  ± 5 %或± 0.5 mW/K,200 K < T < 300 K
  ± 5 %或± 1 mW/K, T > 300 K
Seebeck 系数
  测量精度:± 5 %或± 0.5μV/K 或± 2 μV
  测量范围:1 μV/K - 1 V/K

 

 
   
     
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