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Neues aus unserem QD-Demolabor – ein optisches Experiment mit dem PPMS

Abb. 1: Probenhalterung „multifunction probe“ (MFP)
Abb. 1: Probenhalterung „multifunction probe“ (MFP)

Das PPMS ist ein einzigartiges System für Messungen mit Magnetfeld und tiefen Temperaturen. Sowohl die Messungen an sich als auch die Einstellung von Probentemperatur und Magnetfeld werden vollständig und automatisch durch die Software gesteuert.

Ab Werk bieten wir unter anderem Messoptionen für Wärmekapazität, Magnetisierung (VSM, AC) und Elektro-Transport-Eigenschaften an.

Uns interessierte die Erweiterung des PPMS um einen optischen Aufbau. Genauer gesagt wollen wir Licht über eine Faser einführen. Als Probe wird ein kommerzieller Photowiderstand (Perkin Elmer A9013) verwendet. Unsere Messgröße ist der DC-Widerstand, welchen wir mit der systemeigenen P400-Option messen. Als Lichtquelle dient die Kombination einer Halogenlampe mit einem Monochromator. Das monochromatische Licht wird über eine Faser zur Probe geleitet und das Einbringen der Faser in den Probenraum, sowie die Probenhalterung erfolgen mit der „multifunction probe“ (MFP), welche QD optional für das PPMS anbietet. Bei der Faser handelt es um eine Sonderanfertigung passend zur „multifunction probe“. Abbildung 1 zeigt das untere Ende der MFP. Der Photowiderstand ist auf einer steckbaren Probenhalterung befestigt. Zu sehen ist auch die grüne Ausleuchtung des Sensors. Die Faser endet im Auslass des oberen Halters. Hierdurch wird die Probe bewusst „überstrahlt“. Abb 2 zeigt den gemessenen Widerstand als Funktion der Temperatur bei Beleuchtung des Sensors. Der Widerstand des ausgeleuchteten Sensors ist um etwa zwei Größenordnungen höher als bei einem Sensor ohne Strahlungsanregung. Da es uns mehr um eine Machbarkeitsstudie geht, loggen wir Widerstandswerte während das PPMS die Probentemperatur mit konstanter Rate verfährt. Die Auftragung ist doppelt-logarithmisch, wobei hier nur die Messpunkte bei den Messungen von kalt nach warm aufgetragen sind (durch das Messen beim Verfahren der Temperatur gibt es einen kleinen Versatz zwischen der Kühl- und der Heizkurve). Abb. 3 zeigt die spektralen Eigenschaften bei konstanter Temperatur von 300 K. 

Abb. 2: Gemessener Widerstand als Funktion der Temperatur
Abb. 2: Gemessener Widerstand als Funktion der Temperatur
Abb. 3: Spektrale Eigenschaften bei konstanter Temperatur
Abb. 3: Spektrale Eigenschaften bei konstanter Temperatur

Die monochromatische Lichtquelle verändert die Wellenlänge beginnend bei 420 nm in 10 nm-Schritten bis 800 nm. Der „Sprung“ bei 660/670 nm entsteht durch einen Filterwechsel im Monochromator.

Mit Hilfe der MFP konnten wir ein einfaches Photoleitfähigkeitsexperiment aufbauen, welches auch Messungen bei kryogenen Temperaturen ermöglicht. Haben Sie eine Probe, die verspricht opto-elektronisch interessant zu sein für eine ähnliche Messung? Dann kontaktieren Sie uns einfach, vielleicht gibt es eine Fortsetzung in einer der kommenden Spectrum-Ausgaben …

Auch bezüglich der monochromatischen Lichtquelle, des MFP und der Faser beraten wir Sie gerne!


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