QuantumDesign全新推出AC-DR、膨胀系数、光电输运选件

AC-DR稀释制冷机专用交流磁化率选件

全新AC-DR选件配合PPMS稀释制冷机使用，能够实现50mK级低温下的交流磁化率测量。

频率范围：10Hz-10kHz

温度范围：50mK-4K

Dilatometer膨胀系数选件 

分辨率: ΔL/L 分辨率 10-9(2mm样品) 低温分辨率：<10pm@2K 低温背底噪声：<20pm@2K 膨胀计背底信号(典型值): 热膨胀: ≤250nm(300-2K) 磁致伸缩: ≤100pm@2K(0-9T)

S. Ran et. al (2015 Dec). Thermal expansion and high magnetic field electrical transport measurements

on Fe substituted URu₂Si₂. Poster session at the Big Ideas, San Diego, Ca.

光电输运选件

更多功能拓展选件（点击了解详情……）

高压腔选件 (High Pressure Cell Option)

绝热去磁低温电输运测量选件（ADR）

样品旋转杆选件 (HR, Horizontal Rotator Option)

多功能样品杆选件 (MFP, Multi Function Probe Option) 

He3制冷机 (Helium-3 Refrigerator System)

稀释制冷机 (DR, Dilution Refrigerator System)

高精度铁磁共振测量选件（FMR）

■  钒基“笼目”金属CsV₃Sb₅登上Nature正刊！

近备受关注的新型层状笼目结构超导体，具有非常规超导性以及反常的手性电荷密度波，这两者的同时出现预示着这类笼目超导体可能是配对密度波出现的理想载体。2021年9月，物理所高鸿钧研究团队对高品质笼目超导体CsV₃Sb₅开展了精确系统的研究。研究成果登上Nature正刊^[1]，该工作阐述了CsV₃Sb₅超导态中配对密度波的发现，对研究配对密度波的形成机制以及揭示其与非常规超导体超导机理的关联具有重大意义。

作者：中科院物理所的陈辉、杨海涛和物理所/国科大博士生胡彬 通讯作者：汪自强、高鸿钧 主要研究组：中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧研究团队 合作研究组：美国波士顿学院汪自强教授、以色列科学研究所颜炳海教授、 中国人民大学雷和畅教授、中科院物理所董晓莉研究员等

参考文献：Chen, H., Yang, H., Hu, B. et al. Roton pair density wave in a strong-coupling kagome superconductor. Nature 599, 222–228 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03983-5

详细信息请参考：http://www.qd-china.com/zh/news/detail/2110251673562

■  新型准二维钒基Kagome金属的前沿研究

近期，一个新型准二维钒基kagome金属AV₃Sb₅ (A = K, Rb, Cs) 体系引起了国内多个课题组的共同关注，该体系是研究几何阻挫、非平庸拓扑能带以及多种电子序耦合与竞争的重要平台。CsV₃Sb₅在低温下2.5 K左右发生超导转变，同时在95 K发生类CDW的相变。STM表征发现手性电荷序的出现打破了时间反演对称性，可能在CDW相变温度以下诱导出巨大的反常霍尔效应。此外，ARPES以及性原理计算表明该体系在Fermi面附近存在着Z2拓扑不变量的非平庸能带结构。CsV₃Sb₅中的类CDW相变和超导电性开展了大量的理论和实验研究，取得了一系列重要成果，对揭示该体系中奇特物性的关联作用具有重要价值。

CsV₃Sb₅晶体结构示意图

详细信息请参考：http://www.qd-china.com/zh/news/detail/2107201625441

■  定制化输运测量助力量子材料研究

Mn掺杂Dirac半金属Cd₃As₂的可调SdH量子振荡研究

中科院金属所张志东、刘伟研究组及其合作单位对不同Mn掺杂浓度的拓扑Dirac半金属（Cd_1-xMn_x)₃As₂的SdH量子振荡特性展开系统研究，发现SdH振荡规律随掺杂浓度显著变化，说明材料费米面位置严重依赖Mn掺杂浓度，此外Mn原子在Dirac半金属中诱发了反铁磁性，因而可通过控制反铁磁序参量来调控材料拓扑性质^[1]。

*数据获取：14T磁场范围的综合物性测试系统（PPMS, Quantum Design），纵向电阻通过标准四端法测量^[1]。

电场调控大掺杂浓度铱氧化物Mott绝缘体的电子相图研究

元素掺杂可以实现对材料输运性质的调控，但受化学互溶性限制，载流子浓度调控一般在很小范围（几个%）。相较之下，栅压电场调控载流子浓度具有更多优势，原则上它可以在不影响材料有序程度的基础上可控可逆的改变载流子浓度，且不受互溶度限制，可以较大程度影响载流子水平。

清华大学物理系于浦教授课题组及合作者通过电场调控下的电输运研究，刻画了大掺杂浓度范围内铱氧化物Mott绝缘体的电子态的演化情况，全面描绘材料的电子相图，对关联材料的研究具有广泛启发性意义^[2]。

*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），测量结构霍尔棒利用光刻技术，尺寸为1.6 mm*0.4 mm，并溅射一层Pt膜作为栅电极，整个结构浸入DEME-TFSI离子液体中，原位测量栅电压调控下的输运行为^[2]。

二维磁性纳米片CrSe₂的层厚依赖可调磁序研究

除载流子浓度调控获得可调输运性质之外，低维量子材料物性的层厚依赖也是一个重要的研究方向。湖南大学段曦东教授及其合作单位在对二维磁性纳米片CrSe₂的研究中发现，性质稳定的CrSe₂纳米片可以很容易生长到无悬挂键的WSe₂衬底上，其厚度可以可控地调节。性质稳定、厚度可调的CrSe₂纳米片将在很大程度上拓展二维磁性材料的实际应用前景，有望用于构建高自旋注入效率的自旋电子器件^[3] 。

*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），配备有一个或两个锁相放大器（SR830, Stanford）^[3]。

参考文献：

[1]. J. Guo et al., Tunable quantum Shubnikov-de Hass oscillations in antiferromagnetic topological semimetal Mn-doped Cd₃As₂. Journal of Materials Science & Technology 76, 247-253 (2021).

[2]. M. Wang et al., Manipulate the Electronic State of Mott Iridate Superlattice through Protonation Induced Electron‐Filling. Advanced Functional Materials, 2100261 (2021).

[3]. B. Li et al., Van der Waals epitaxial growth of air-stable CrSe₂ nanosheets with thickness-tunable magnetic order. Nature Materials, 20, 818-825 (2021).

电输运测量选件是Quantum Design综合物性测量系统PPMS广泛使用选件之一，因为制样简单、测试通道多以及自动化程度高而深受用户欢迎。电输运样品托享有技术，全自动测量电阻率、霍尔系数等参量，配合基系统的变温（1.8-400K）和变磁场（PPMS大磁场16T， PPMS DynaCool大磁场14T）环境，可实现材料电磁输运特性的全面刻画。

详细信息请参考：http://www.qd-china.com/zh/news/detail/2109161078667

■  低温高压测量方案

2020年9月，中科院强耦合量子材料物理重点实验室和中科院金属所在Nature子刊NPG Asia Materials上合作发表了一篇关于二维碳化物薄膜Mo2C常规超导体在压力下的超导机理研究文章。文章主要介绍了二维碳化物Mo₂C的正交相α-Mo₂C和六方相β-Mo₂C薄膜材料在低温高压环境下的超导性能。高压下的超导研究，可以揭示超导材料中不同因素之间的竞争关系，从而帮助探索超导的机理。通常来讲，具有高dT_c/dP的超导材料可以利用适当的化学替代或外延应变实现更高的超导转变温度。文章随后针对这两种不同晶相的Mo₂C薄膜对高压下的超导转变特性进行了更细致的研究。

文中不同压力和温度采集的精细输运数据均来源于Quantum Design科学仪器，主要包括有Quantum Design日本分公司生产的HPC-33型号等静油压电测量高压腔以及Quantum Design美国生产的PPMS 9T综合物性测量系统。其中HPC-33型高压腔高可以提供3 Gpa压强，样品腔内径4 mm，长度6 mm，能够帮助用户在PPMS上实现变温变压变磁场的三个不同维度的电学测量。

参考文献：

[1]. Fan, Y., Xu, C., Liu, X. et al. Distinct superconducting properties and hydrostatic pressure effects in 2D α- and β-Mo2C crystal sheets. NPG Asia Mater 12, 60 (2020).

详细信息请参考：http://www.qd-china.com/zh/news/detail/2101221646885

■  综合物性测量系统拓展新应用-原位磁性测试揭示锂离子电池额外容量问题！

近期，青岛大学物理科学学院李强、李洪森教授与加拿大滑铁卢大学苗国兴教授、美国得克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授等人通力合作，利用自主构建的原位磁性监测技术（如图1所示），结合自旋电子学理论揭示了过渡族金属化合物Fe₃O₄的额外容量主要来源于过渡族金属Fe纳米颗粒表面的自旋极化电容，并证明这种空间电荷储锂电容广泛存在于各种过渡族金属化合物中，费米面处3d电子高电子态密度发挥了关键作用（如图2所示）。该研究结论突破了人们对传统锂离子电池储能方式（Insertion、Alloying、Conversion）的认知，在实验上直观地证实了空间电荷存储机制，并进一步明确了电子存储位置。该工作已于近期发表在期刊《Nature Materials》^[1]。

值得注意的是，本文使用的样品杆是研究人员经过多年努力自主设计的，他们将电化学工作站与综合物性测试系统（PPMS）中的振动样品磁强计选件（VSM）进行了有效结合，成功地构建了锂离子电池原位磁性测试系统来观察锂电池充放电过程中的磁响应。文中所使用的PPMS系统具有高灵敏度磁性测试等优势，可作为研究能源材料原子尺度临近范围内的原子探针，是研究杂质相和局部电子分布的全新“利器”，获取其他传统技术所不能测得的信息。

详细信息请参考：http://www.qd-china.com/zh/news/detail/2009181079597

■  低温下Al₆Re铝铼合金超导体相关性质研究

2019年复旦大学封东来、李世燕教授课题组对Al₆Re铝铼合金一类超导体在超导转变温度附近的交直流磁化率分别通过MPMS3的iHelium3组件和DynaCool的ACDR稀释制冷机交流磁化率组件进行了测量。对该材料在不同稳态背景磁场下的抗磁特性进行了分析，并通过M-H曲线通过磁场抑制超过临界值Hc瞬间失超的特性进一步确认了其一类超导材料的身份。随后又结合BCS理论对50mK-1K的交流磁化率数据的磁滞特性进行了细致分析。

DynaCool系统ACDR选件测量的Al₆Re在mK温区的交流磁化率曲线

PHYSICAL REVIEW B 99, 144519 (2019)

更多应用案例，请您致电 010-85120280 或 写信 info@qd-china.com 获取。

■  电输运选件测试数据

铁磁材料Fe₃O₄随温度变化的电阻曲线，其中高阻值部分数据是由2线法即ETO模块的高阻模式进行测量。而其余的红色部分数据则是使用传统4引线法用高灵敏度的模式进行测量得到的。其中在120K附近可以明显的观察到Verwey转变。

■  直流电输运选件测试数据

NbTi合金在不同磁场抑制下的超导转变

■  电学测量水平旋转杆测试数据

10nm NiFe薄膜在300K，1T环境下表现出的磁阻各向异性

■  振动样品磁强计选件测试数据

室温环境下测量的FePt各向异性薄膜磁滞回线，样品饱和磁场5T，矫顽磁场2.2T。

■  交流磁学性质测量选件ACMS II测试数据

不同磁场下NbTi样品的交流磁化率随温度变化的曲线，此图中可以清晰看到不同磁场对超导态的压制效果。

■  热输运测量选件测试数据

热输运选件测量的热导率，塞贝克系数，电阻率以及由此计算出的热电品质因数数据。(样品为选件自带的Ni标准样品。)

■  比热测量选件测试数据

NbTi合金在9K温度的超导转变比热数据曲线。

■  膨胀系数测量选件测试数据

2mm宽的铝片样品随磁场变化测量的磁致伸缩数据，其震荡的曲线是de Haas-van Alphen效应的体现。其中蓝色曲线为升场数据，而红色曲线是降场数据，两者表现出高度一致性。此数据采集共耗时12小时，而数据的漂移仅有不到10pm。

■  AC-DR稀释制冷机专用交流磁化率选件测试数据

Ir_0.8Ru_0.2样品在50-150mK超导转变温度的面内交流磁化率性质进行的测试，使用10kHz，10mOe幅值的交变磁场进行了励磁。图片下方展示了零场环境下的噪声，显示出较高的测量灵敏度。

发表文章列表(部分)

1. Lattery, Dustin M., et al. "Low Gilbert damping constant in perpendicularly magnetized W/CoFeB/MgO films with high thermal stability." Scientific reports 8.1 (2018): 1-9.

2. Zhang, Dao, et al. "Highly efficient phosphor-glass composites by pressureless sintering." Nature communications 11.1 (2020): 1-8.

3. Yi, Di, et al. "Emergent electric field control of phase transformation in oxide superlattices." Nature communications 11.1 (2020): 1-8.

4. Noël, Paul, et al. "Non-volatile electric control of spin–charge conversion in a SrTiO 3 Rashba system." Nature 580.7804 (2020): 483-486.

5. Wang, Pengjie, et al. "Landau quantization and highly mobile fermions in an insulator." Nature (2021): 1-5.

6. Cui, Bin, et al. "Direct imaging of structural changes induced by ionic liquid gating leading to engineered three-dimensional meso-structures." Nature communications 9.1 (2018): 1-8.

7. Eckberg, Chris, et al. "Sixfold enhancement of superconductivity in a tunable electronic nematic system." Nature Physics 16.3 (2020): 346-350.

8. Ortiz, Brenden R., et al. "Cs V 3 Sb 5: A Z 2 Topological Kagome Metal with a Superconducting Ground State." Physical Review Letters 125.24 (2020): 247002.

9. Hester, Gavin, et al. "Novel Strongly Spin-Orbit Coupled Quantum Dimer Magnet: Yb 2 Si 2 O 7." Physical review letters 123.2 (2019): 027201.
10. Veit, M. J., et al. "Nonzero Berry phase in quantum oscillations from giant Rashba-type spin splitting in LaTiO 3/SrTiO 3 heterostructures." Nature communications 9.1 (2018): 1-8.

11. Xu, Chuan, et al. "Large-area high-quality 2D ultrathin Mo 2 C superconducting crystals." Nature materials 14.11 (2015): 1135-1141.

12. Kang, Ning, et al. "Two-dimensional quantum transport in free-standing InSb nanosheets." Nano letters 19.1 (2018): 561-569.

………….

DynaCool系统是PPMS系统产品中于2011年推出的无液氦型号，截止2020年底在国内已有近120个用户，全球范围有近400个用户。

国内部分用户：

完全无液氦综合物性测量系统-DynaCool.pdf

PPMS DynaCool设备介绍

PPMS DynaCool样机实验室

PPMS DynaCool之比热测量