Kryogenfreies System zur Messung physikalischer Eigenschaften (PPMS DynaCool)

PPMS DynaCool von Quantum Design

Das PPMS DynaCool von Quantum Design zur Messung physikalischer Eigenschaften ist ein komplett neu konstruiertes System, das alle Merkmale bisheriger PPMS-Systeme bietet, aber kein flüssiges Kryogen benötigt. Das System enthält einen zweistufigen Pulsröhrenkühler für den supraleitenden Magneten und das Temperaturregelungssystem und gewährleistet eine effiziente, schwingungsarme Umgebung für Messungen an Proben, die gleichzeitig auch Wartungskosten senkt.

Das System ermöglicht die Messung von Materialeigenschaften wie spezifische Wärme, magnetische AC- und DC-Suszeptibilität und elektrische wie thermische Transporteigenschaften (wie z.B. Hall-Effekt, thermo-elektrische Effektivität und Seebeck-Effekt) im Bereich bis 1,9 K und bis 14 T.

Features
Vollständig kryogenfrei – kein flüssiges Kryogen erforderlich
Temperaturbereich 1,9 K – 400 K
9-Tesla- und 14-Tesla-Magneten erhältlich
Kontinuierliche Tieftemperaturregelung – Aufrechterhaltung einer Temperatur unterhalb von 4,2 K für unbegrenzte Zeit, und stufenlose Temperaturänderung beim Aufwärmen und Abkühlen durch 4,2 K
Voll automatischer Betrieb der PPMS-DynaCool-Messoptionen

Ein neues Gasflussregulierungssystem ermöglicht eine weitere Verbesserung von Kühlleistung und Temperaturstabilität gegenüber der bereits hoch modernen Temperaturregelung des PPMS-Systems, die Kunden von Quantum Design immer schon gewohnt waren. Mit diesem neuen Regelungssystem kann das PPMS DynaCool eine standardmäßige PPMS-Probenscheibe in weniger als 40 Minuten von 300 K auf eine stabile Temperatur von 1,9 K kühlen. Die sogenannte kontinuierliche Tieftemperaturregelung (CLTC) hält Temperaturen unter 4,2 K für eine unbegrenzte Zeit aufrecht und gewährleistet einen reibungslosen Temperaturübergang beim Aufheizen oder Abkühlen auf 4,2 K.

Das PPMS DynaCool ist mit einem kontaktgekühlten, schalterlosen 9-Tesla- oder 14-Tesla-Magnetsystem ausgestattet. Das PPMS DynaCool-9T umfasst jetzt auch eine integrierten Magnetabschirmung, die die Fünf-Gauß-Linie sehr nahe an der Oberfläche des Kryostatschrank halten kann, so dass diese Systeme näher an anderen empfindlichen Geräten aufgestellt und damit der Platz im Labor besser genutzt werden kann. Das PPMS DynaCool hat eine integrierte Kryopumpe und Vakuummeter zur Steuerung der Probenumgebung.

Dank der Flexibilität des PPMS DynaCool kann der Benutzer eigene Experimente anlegen und mit Hilfe von Einsätzen wie z.B. der Multifunktionstastspitze, die eine voll anpassbare Probenschnittstelle bereitstellt, Schnittstellen zur Probenkammer herstellen. Die Funktionalität des Kryostaten ermöglicht eine Steuerung von Temperatur und Magnetfeld über externe Programme wie LabVIEW oder sonstige Software.

Der integrierte Helium-Rückverflüssiger nutzt nur eine geringe Menge an flüssigem Helium für die Temperaturregelung. Dadurch ist das System praktisch kryogenfrei. Heliumgas wird nur zum Spülen der Probenkammer benötigt.

Schwingprobenmagnetometer VSM

Das Schwingprobenmagnetometer (VSM) ist ein leistungsstarkes Messsystem für die Charakterisierung magnetischer Proben.  Mit der Option VSM können Sie Ihr PPMS in ein hoch empfindliches DC-Magnetometer zur schnellen Datenerfassung umwandeln. Die Bewegung der Probe erfolgt durch einen speziellen Probentransport mit einer linearen Kennlinie und ist damit hoch genau und präzise. Mit weiteren Optionen können die Möglichkeiten des VSM noch weiter verbessert werden:

  • Schnelle, voll automatische Zentrierung der Probe
  • Hoch empfindliche Messung des magnetischen DC-Moments bis zum maximalen Feld des Magnet
  • Das VSM–Messsystem basiert auf dem CAN-Netzwerkprotokoll und umfasst den CAN Tower Modell 1000
  • Sweep von Magnetfeld oder Temperatur
Option AC-Suszeptibilität ACMSII

Das AC-Messsystem (ACMS) bietet Ihnen die Möglichkeit, sowohl AC-Suzeptibilitäts- als auch Extraktions-DC-Magnetisierungsmessungen durchzuführen:

  • Zur Messung der AC-Suszeptibilität und DC-Magnetisierung.
  • Direkte Phasennullungstechnik misst und kompensiert im Hintergrund vorhandene AC-Verschiebungen bei jeder Messung
Messung der Wärmekapazität

Mit der Option Wärmekapazität von Quantum Design kann die Wärmekapazität bei konstantem Druck Cp gemessen werden.

Diese Option steuert die einer Probe zugeführte und entnommene Wärme und überwacht die daraus resultierende Temperaturänderung. Während einer Messung wird eine bekannte Wärmemenge mit konstanter Leistung über einen festen Zeitraum eingeleitet. Auf diese Aufheizphase folgt dann eine Kühlphase über den gleichen Zeitraum. Bei dieser Option kommt eine Relaxationstechnologie zum Einsatz, die höchste Messgenauigkeit mit robusten Analyseverfahren verbindet.

Option Elektrotransport (ETO)

Die Option Elektrotransport ermöglicht dem Anwender die Durchführung unterschiedlicher Transportmessungen über einen breiten Bereich von Widerstandswerten und Probentypen. Die Option umfasst zwei separate Kanäle, jeweils mit eigener Elektronik, so dass kontinuierliche Widerstandsmessungen an zwei Proben gleichzeitig möglich sind. Die Elektronik jedes Kanals umfasst eine Präzisionsstromquelle und einen Spannungsvorverstärker, angeschlossen an einen digitalen Signalprozessor (DSP).

  • Widerstandsmessung im 2- oder 4-Drahtmodus
  • Der klassische 4-Draht-Modus hat zwei Leitungen für den Strom und zwei Leitungen für den Potentialabfall
  • Strom-Spannungs-Kurven
  • Differenzwiderstandskurven

"Wir benutzen das DynaCool-System sowohl für elektrische Messungen (ETO-Option) als auch für die Magnetometrie (VSM-Option). Das DynaCool-System ist 24 Stunden/7 Tage die Woche im Einsatz. Bestechend an dem System ist die extrem einfache Handhabung bis zu tiefen Temperaturen (bis 1,8 K) und Feldern von bis zu ±9 Tesla. Das Gerät wird nicht nur von gestandenen Wissenschaftlern sondern auch von Studenten genutzt, die keinerlei Erfahrung mit Kryotechnik und supraleitenden Magneten haben. Dank der einfachen Bedienung können sich die Studenten voll auf die physikalischen Probleme konzentrieren und müssen sich kaum mit instrumentellen Fragen befassen."

- Dr. Görlitz, Universität Hamburg, Institut für angewandte Physik goerlitz@physnet.uni-hamburg.de

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