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。

提供温磁场环境的电学和磁学多种测量，能够测量霍尔、IV特性等全方位表征#提供温，强磁场环境，配合He3，稀释制冷机以及交流磁化率选件能够准确测量超导相变#提供精细磁场分辨和磁矩测量，可实现对磁性薄膜材料的铁磁，反铁磁和磁电耦合特性的研究#提供温强磁场环境，配合振动样品磁强计、交流磁化率以及扭矩磁强计可以实现对样品磁性全温区多方位的表征测量#提供温强磁场环境，结合精细转角测量组件，可以实现对单晶各向异性材料不同磁场夹角的全方位电学和磁学测量#提供高压电测量和磁测量选件，可以实现强磁场温环境中不同压力下材料的电学和磁学性质的测量#系统配有1.9-400K变温样品腔，结合不同大小的超导磁体，可满足不同磁场低温环境下的各种测量需求#提供温强磁场环境，配合磁学测量选件及多功能样品杆能够实现对多铁材料的铁磁、反铁磁甚磁电耦合性质的相关研究#提供温强磁场环境，配合电学选件，可以拓展研究二维材料的温电输运性质研究#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纳米材料的电输运、磁性、导热、比热等性质研究#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# #提供温强磁场环境，配合高灵敏度的磁学测量模块能够测量微弱的生物磁信号#提供温强磁场环境，配合电学选件，可以拓展研究石墨烯的温电输运性质研究#提供温强磁场环境，配合电学选件，可以拓展研究拓扑绝缘体的温电输运及霍尔性质研究#提供温强磁场环境，配合电学选件，可以拓展研究微电子器件的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：