全新一代磁学测量系统-MPMS3

全新一代磁学测量系统-MPMS3

    2013 年 3 月,Quantum Design 公司在美国物理协会年会上,发布了全新设计的磁学测量系统:MPMS3系统。该系统仍旧基于SQUID探测技术,但不是MPMS(SQUID)XL系列和SQUID-VSM系统的简单升级。MPMS3系统是Quantum Design公司潜心开发多年的结晶,在该产品上集成了大量的全新专利技术。 

    对比于MPMS XL和SQUID-VSM磁学测量系统,MPMS3将二者的优点进行了融合。MPMS3系统外观虽然与SQUID-VSM相似,但系统进行了重新设计,同时具备了SQUID-VSM的高速高精度测量,以及MPMS XL的DC测量模式、Raw Data功能和Point- to-Point测量功能。系统带有全新的DC Scan测量模式,VSM测量模式以及交流测量模式可供用户选择,最大程度的满足用户的测量要求。MPMS XL用户和SQUID-VSM用户将会非常容易的上手使用MPMS3。另外对于SQUID-VSM用户,我们也提供了升级方案,用户可将SQUID-VSM系统升级至MPMS3系统。

    MPMS3系统带有的新式完全无液氦Evercool选件,可实现全氦气启动和运行,完全摆脱对液氦的依赖。




提供极低温强磁场环境,配合电学选件,可以拓展研究微电子器件的极低温电输运及霍尔性质研究

应用领域:


MPMS广泛分布于世界上几乎所有相关的尖端实验室,在学术界具有良好口碑。MPMS系统由一个基系统和各种拓展功能选件构成。基系统同时提供变磁场测量环境和变温度场测量环境,拓展功能选件包括各种全自动磁学测量功能选件,如AC磁化率测量系统选件(进行交流磁化率的测量频率0.01-1KHZ,灵敏度10-8emu)、高温炉选件(把仪器最高可测量温度拓展到1000K)、超低磁场选件以及磁场重置选件(用于退磁可获取达0.005G的超低磁场)。而且MPMS带有液氦自循环系统,能够全自动实现液氦的循环利用,极大地方便了获取液氦不方便、或者液氦价格昂贵的地区用户。


所包含的领域有物理、材料、化学、生物、地质等学科。所能研究测量的材料涵盖金属、陶瓷、半导体、超导体、磁性材料、合金材料、有机材料、介电材料和高分子材料等等。材料的形式可以是:块材、薄膜、粉末、液体、单晶及纳米材料。


新的专利技术:


1) RapidTemp™快速温控技术

    系统从300K匀速降至10K仅需15分钟,从10K稳定到1.8K也仅需5分钟

2) QuickSwitch™超导开关技术

     超导开关在超导态和正常态之间的转换仅需要1秒钟时间

3) FastLab™快速数据采集技术

    系统的超导磁体允许最大700Oe/s的励磁速度,在零场下仅需4秒数据平均时间(data average time),系统便能达到1×10-8emu的测量精度;并且系统允许用户在扫场模式下进行高精度的测量。


基本参数:


温度区间:


1.9~400 K 连续控制


降温速度:


30 K/min 300 K>T>10 K

10 K/min 10 K>T>1.8 K


样品腔内径:


9 mm


磁场强度:


±7 特斯拉


磁场均匀度:


4 cm 范围内达到 0.01


励磁速度:


最大700 Oe/s


样品振动范围:


0.1-8 mm (峰值)


最大测量磁矩:


10 emu


测量灵敏度:<1×10-8 emu  H=0 T (10秒测量时间)
<8×10-8 emu  H=7 T (10秒测量时间)


■  极低温下重费米子材料NdV2Al20的超导特性研究

 

2016年日本富山大学並木孝洋教授课题组在0.5-2.5K范围对重费米子材料NdV2Al20在极低温的超导特性进行了细致研究,除了采用常规的电学测量外,也使用MPMS系统的iHelium3选件对NdV2Al20材料在[001][101][111]三个方向的0.01T和0.1T背景场下的MT曲线进行了测试,并通过该数据对材料的Tc相变点进行了判定。


MPMS3 iHelium3选件测量NdV2Al20材料在[001][101][111]三个方向的MT直流磁化率曲线@0.01T&0.1T

J. Phys. Soc. Jpn. 85, 073706 (2016)


 

■  极低温下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。

MPMS3 iHelium3测量到的Al6Re在mK温区的直流磁化率曲线MT、MH(@0.4K)

 

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)


磁化率测试数据

由哈维·穆德学院教授Professor Eckert提供的铁磁薄膜在较弱磁场下的磁矩测量数据,展现了MPMS3小磁矩样品测量的精准性



磁化率DC模式测试数据

相对于MPMS XL而言,MPMS3系统使用的DC测量模式的测量效率得到了质的飞跃。



磁场扫场速率测试数据

相对于MPMS XL系统,MPMS3的扫场速率大幅提升。



光磁测量选件测试数据

场冷(100Oe)和零场冷并使用DC模式测量的光磁数据。



水平旋转杆测量选件测试数据


铁磁性薄膜材料±2T磁场下 0-90° 4个不同角度测量得到的MH曲线


MPMS3设备介绍



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