Quantum Design-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。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，在该系统上集成了大量的全新技术。

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供用户选择，很大程度上满足用户的测量要求。MPMS XL用户和SQUID-VSM用户也会非常容易上手使用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。

提供温强磁场环境，配合电学、磁学及热学选件可以实现不同维度的强关联材料的电输运、磁性、导热、比热等性质研究

应用领域：

MPMS广泛分布于世界上几乎所有相关的前沿实验室，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0.1Hz - 1kHz，磁矩灵敏度≤ 5×10^-8emu （typical））、高温炉选件（把仪器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）。MPMS带有液氦自循环系统，能够全自动实现液氦的循环利用，极大地方便了难以获取液氦、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。材料的形式可以是：块材、薄膜、粉末、液体、单晶及纳米材料。

全新技术：

1) RapidTemp™快速温控技术

系统从300K匀速降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
降温速度：	10 K/min 10 K>T>1.8 K
样品腔内径：	9 mm
磁场强度：	±7 T
磁场均匀度：	4 cm 范围内达到 0.01%
励磁速度：	4 - 700 Oe/s
样品振动范围：	0.1-8 mm (峰值)
最大测量磁矩：	2 emu（DC Scan）； >100 emu（VSM）
测量灵敏度：	≤2500 Oe： ≤5×10^-8 emu（DC scan） ≤1×10^-8 emu（VSM）
测量灵敏度：	>2500 Oe: ≤6×10^-7 emu（DC scan） ≤8×10^-8 emu（VSM）

	MPMS选件
	MPMS3 Evercool选件(氦气启动和运行，完全无需液氦)介绍(点击打开)
	MPMS3 OVEN选件(可将测量温区拓展1000K)介绍(点击打开)
	MPMS3 AC Susceptibility Measurement选件介绍(点击打开)
	MPMS3 Ultra-Low Field Capability (ULF)选件介绍(点击打开)
	MPMS3水平旋转杆、磁光测量和电学测量选件介绍(点击打开)
	MPMS3 iQuantum He3选件(点击打开)

■ 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)

■ 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)

高温直流、交流磁化率测量数据

镍材料高温直流、交流磁化率测量数据

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对小磁矩样品测量的精准性

磁化率DC模式测试数据

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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

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MPMS系列产品是继QD推出商用SQUID器件后推出的款面向材料磁性测量的产品，自1984年发布以来到2006年MPMS3系统的推出已经经历了多代更迭和升级。截止2020年底在国内已有近110个用户，全球范围有近800个用户。

国内部分用户：