追求，我们始终在路上！——PPMS全测量功能概览

发布日期：2019-12-08

    说起综合物性测量系统-PPMS大家都不陌生，自从1994年台PPMS诞生以来，已经有超过1000台PPMS工作在全球各大实验室。科学领域的许多重要工作背后都有PPMS的贡献。从初的湿式系统到现在的全干式系统，从磁学、电学测量到多领域高精度测量，PPMS诞生以来从未停下过前进的脚步。无论您是我们PPMS的用户还是关注者，可能您尚未了解PPMS的全部功能。今天我们将为您列举目前PPMS所有测量功能，敬请收藏。

图1 综合物性测量系统-PPMS

一、 主机系统——兼容并蓄、博采众长

    基于独有的快速扫场和连续控温技术（PPMS拥有快速、稳定的变温、扫场技术），PPMS主机已成为性能好的低温磁场平台。但是Quantum Design的追求远不止于此，PPMS的主机系统自从诞生以来不断的根据用户需求进行优化。目前，PPMS DynaCool主机已经集成了高真空和磁屏蔽，全新的CAN式模块结构设计摆脱了系统对电脑的过度依赖。针对LabVIEW预留的开放接口使得PPMS系统兼具了MultiVu的稳定性与LabVIEW的拓展性。为了满足不同需求，PPMS的系统已经包含9T、12T、14T、16T等多种场强以及湿式、Reliquefire、EverCool和DynaCool多种型号。从综合测量系统到好的通用平台，PPMS在雄厚的技术基础上兼容并蓄、博采众长，坚持以市场需求为导向，广泛采纳用户的建议，以开放的胸怀为全球客户打造好的实验平台。

图2 完全无液氦综合物性测量系统PPMS®DynaCool™

二、 磁学功能

振动样品磁强计——电磁马达，智能测量

   PPMS的振动样品磁强计采用磁悬浮马达，完全避免了机械振动马达带来的测量噪音，同时避免了机械磨损。采用高精度的光学编码定位技术使得振幅、振动频率连续可调，并且在测量过程中自动校准中心位置。的设计、智能的软件、先进的算法使得磁矩测量精度能够真正的达到10-7量级

VSM高温炉选件——炉火纯青、精准万分

   传统的磁性测量设备只能测量样品在室温附近或低温的磁学特性。少有的高温设备要么温度不能太高，要么结构复杂精度太差。Quantum Design专门为磁性测量设计的高温炉选件可以将磁性测量的温度提高到1000K，控温精度可达0.5K，可以快速升降温，轻松测量镍等高Tc材料的居里温度。磁性测量精度优于10-6emu.

光诱导磁测量选件——波长可调，洞察秋毫

   为了研究光敏材料在光激发下磁性的变化，Quantum Design推出了高精度的光磁测量选件。采用高色温的氙灯光源，利用波片滤波。高性能的光纤样品杆可以轻松将聚焦光引入样品腔。利用该选件可以测量变温、变场环境中，不同波长光激发下样品的磁性变化。这对于研究材料中能带分布对磁性的影响，以及磁性的机理具有重要意义。
新型交流磁化率选件——超高灵敏度，频率可调

   全新的ACMS II采用独特的探测线圈和VSM线性磁力驱动马达，一次测量就可以获得实部虚部分开的交流磁化率以及直流磁化强度的信号。采用锁相技术和五点测量模式，有效地消除了温度漂移对测量的影响，一次降温可以同时测量多个频率的磁性。10Hz-10KHz频率范围，15Oe的交流场，高达10-8emu的测量精度使得ACMS II的测量精度可以媲美SQUID。

稀释制冷机交流磁化率选件——低温的磁性测量方案

   低50mK的极限低温、0.002 - 4Oe的交流场幅值、10Hz-10KHz可变频率、10-7emu的灵敏度使得稀释制冷机交流磁化率选件成为世界上低温的磁性测量方案，更是目前自旋液体等领域的有力测量手段。

扭矩磁强计——磁矩与各向异性的精确测定

   对磁性材料的研究除了磁矩测量以外对磁各向异性的测量也具有重要意义，特别对于单晶或薄膜材料而言磁各向异性尤为重要。该选件由Quantum Design与IBM联合设计，采用超高灵敏度的压电传感器和平衡电桥来测量样品在磁场中受到的力矩。样品托芯片可产生标准扭矩来校准重力影响和温度漂移产生的影响。扭矩测量时可以进行温度扫描得到扭矩随温度的变化。扭矩磁强计的扭矩精度可达10-9Nm，磁矩灵敏度可达10-8emu，灵敏度可以媲美SQUID。

一阶翻转曲线——测量材料磁结构、定量分析材料的组分

   基于智能化控制技术，Quantum Design全新推出的一阶翻转曲线功能省去了传统人工测量方案的繁琐。高精度的测量数据为后续分析提供了坚实保障。该功能可以定性/定量测量材料的磁翻转机制、计算各磁性翻转相的比例、计算矫顽场与相互作用场的强度分布。对于矿物、混合物、复合相、Vortex等材料的研究具有重要意义。
磁性测量高压腔——测量材料高压磁性的利器

   采用等静压装置在材料上施加稳定的压力，利用PPMS测量样品的磁性。增加了用压力来调控材料特性的维度。是目前较为热门的材料高压特性研究的优选工具，高压腔采用螺旋式加压、液体传压媒介，可轻松实现1.3GPa或更高的压强。

三、 电学功能

直流电阻率——使用简单，测量快速
   直流电阻率是PPMS基本的测量功能之一，以其方便快捷、数据可靠、智能测试深得广大用户的喜爱。与普通的仪表相比，直流电阻率选件以其特有的智能测量方案在测量过程中避免了普通仪表不同量程临界处数据的不连贯和不准确。直流电阻率选件可在μΩ到MΩ范围内自动精准测量。

电输运选件——功能更多，精度更高
   电输运测量选件（ETO），是专门为精细电学测量而开发的多功能电学测量选件，可以自动测量样品的IV特性曲线、微分电阻、霍尔效应。由于采用高精度的锁相技术，ETO可以测量从nΩ到GΩ量级的电阻，电流输出nA-mA。

光电测量选件——光场激发，多维调控
   PPMS采用全波段的氙灯作为光源，利用可调光栅滤波技术精准测量不同波长光激发下的样品电阻。在温度、磁场调控的基础上加入光激发调控，形成对样品特性的多维度调控和测量。
电学测量高压腔——超硬材料，超导材料的研究利器

   目前在高压下测量材料的电学性能已经成为研究超导材料、超硬材料以及其他特殊材料的常用手段之一。PPMS的电学测量高压腔可以在变场、变温环境中测量不同压强下材料的电学性能。高压腔预留10跟电学引线，方便用户高压下的电学连接。高压腔已集成温度计，精准测量样品的实时温度。

四、 热学测量功能

比热测量选件——技术，全球
   材料的比热是一个重要的物理量，但是在实验上很难测到高质量的比热数据。Quantum Design采用技术的比热测量选件，从诞生起就代表了比热测量的高水准。比热选件采用双τ模型、可对驰豫曲线进行自动拟合计算、系统自动精确扣除背景比热，得到变温、变场条件下的高质量比热数据，并对每一个测量数据点自动计算和记录德拜温度。专用比热样品托、智能化的测量引导程序，使得初学者也能快速上手操作。完备的数据采集和分析功能使得比热研究更为简单。

热输运选件——数据精准，功能全面
   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点材料的品质因子。专门的样品托和四点法引线方式可以消除接触电阻和热阻的影响。软件可以精确的建立动态热流量模型补偿各种可能的系统误差。可在变温过程中自动进行连续测量得到高密度的数据。热输运选件使得热学测量像电学测量一样简单和精确。

五、 温选件

He3制冷机选件——使用方便，智能控制
   基于PPMS主机系统的He3制冷机具有连续运转和单程两种模式，自动控制程序使得样品可在3小时之内由室温降0.5K，单程模式可将样品的温度降0.4K。目前已经在He3制冷机温度下能够进行的测量是电输运（ETO）和比热。He3选件是目前使用方便的He3制冷机。

稀释制冷机选件——磁、电、热都能测的稀释制冷机
   基于PPMS主基系统的稀释制冷机选件可以将样品的温度进一步降低到50mK。该稀释制冷机与传统稀释制冷机的主要区别是具有高度自动化的控制软件和引导式的操作操作界面。即使没有温工作经验的用户也可以轻松掌握温物性测量，目前稀释制冷机可以实现比热、电输运、和交流磁化率测量。

绝热去磁电测量选件——灵巧的mK低温选件
   为小巧的解热去磁电测量选件，不需要任何额外操作可以在3小时以内轻松将样品由室温降到150mK以下。该选件在无需购买较为昂贵的He3和稀释制冷机的情况下可以轻松实现mK量级的电学测量，是性价比较高的温选件。

六、 光学测量功能

拉曼与荧光光谱测量选件——低温强磁场光谱学突破
   Quantum Design推出的光谱学系统集拉曼和光致发光测量于一身，利用PPMS的变温和磁场环境可以测量气态、液态、薄膜和块体材料的性质。该选件多种波长光源可选、多维度位移旋转样品台、VHG全息光栅与超窄带滤波系统。高性能的拉曼光谱选件是变温、磁场光谱测量的优选。利用PPMS的拉曼光谱学选件和软件系统可以更加方便的研究强关联体系材料中自旋-轨道耦合随温度和磁场的变化。

七、 拓展功能选件

多功能样品杆——重剑无锋，大巧不工

   看似普通的样品杆却是PPMS拓展性能的又一典范，多功能样品杆为用户提供了集成温度计的样品台和用于独立引线的样品杆。样品杆拥有非常高的加工精度，并且具有抗强磁场的能力，预留的顶部接口可供用户引入各种导线和光纤。用户可根据自己的需求利用多功能样品杆来搭建自己独特的实验装置，实现自定义的实验方案。目前，用户已经利用多功能样品杆实现光电测量、强关联体系的光激发、铁电测量、介电测量、铁磁共振等多个领域的测量实验。
高精度铁磁共振——锦上添花，如虎添翼

图3 高精度铁磁共振仪（FMR）

   由瑞典NanOsc公司开发的高精度铁磁共振仪，能够对纳米级别的磁性薄膜进行高精度的测量。该系统采用高精度波导探测芯片与全自动测量分析软件，可以直接测量得到饱和磁化强度、本征阻尼、非均匀展宽和回磁比。由Quantum Design团队设计的高质量波导样品杆和集成服务为高达40GHz的变温铁磁共振测量提供了雄厚的技术支撑。
膨胀测量选件——原子级精准，行业翘楚

   PPMS的膨胀率测量选件可以测量出0.1埃的尺寸变化，是目前世界上精密的膨胀率测量选件之一。该选件可以在全温区范围内测量热膨胀和磁致伸缩效应。特殊样品托设计可以测量样品相对磁场成不同角度情况下的磁致伸缩效应。

扫描探针显微镜、共聚焦显微镜——秋毫之末，一览无余

图4 PPMS- Reliquefier

   Attocube公司专门为PPMS生产的扫描探针显微镜和共聚焦显微镜可以很好的兼容湿式系统和Reliquefier系统。特有的音叉式AFM在Z方向上的分辨力高达7.6pm。基于低温AFM功能的MFM可以在不同温度、磁场下精确测量材料的磁畴结构，分辨率优于50nm。系统还可升级KPFM、PFM、C-AFM等多种显微镜系统。更有扫描霍尔探针显微镜可以定量材料的测量微区磁场分布。共聚焦显微镜拥有自由光束和光纤两种模式可选择。用户可以将共聚焦显微系统搭配各种光谱仪使用来测量变温、变场环境下样品的多种光谱。

   开放的PPMS平台与22个测量选件以及时刻不停的研发，Quantum Design始终以开放进取的态度努力打造更好的综合测量系统与通用平台。用户的建议，市场的需求更是我们努力的方向。Quantum Design 希望能够与您携手共创科研辉煌。