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Tieftemperatur und Materialwissenschaft im Praktikum

Tieftemperatur und Materialwissenschaft im Praktikum

PPMS und MPMS3 von Quantum Design sind erste Wahl, wenn es um die Charakterisierung von physikali­schen oder magnetischen Pro­ben­eigen­schaften geht. Diese Systeme bieten typischerweise 1,9 K bis 400 K Pro­ben­temperatur und sind ausgestattet mit einem supraleitenden Magneten für ein maximales Feld von beispiels­weise 7, 9 oder 14 Tesla. Durch die sehr gute Qualität und den hohen Au­tomatisierungsgrad eignen sich Quan­tum Design-Systeme für sehr viele wissenschaftliche Anwendungen. Daher sind mehrere hundert System weltweit im Einsatz, zum Teil seit Jahrzehnten,  und in nahezu allen namhaften For­schungs­einrichtungen. Weniger bekannt ist, dass Quantum Design auch Ange­bote für Studentenpraktika hat. Mit dem Versa­Lab gibt es einen kompakten und kryogenen Tieftemperaturkryostat, der in den USA schon in ersten Praktika im Einsatz ist. Das System kann eingesetzt werden für elektrische, thermische und/oder magnetische Messungen und dieses immer in Abhängigkeit eines Magnetfeldes von ±3 Tesla und einer Probentemperatur von 50 bis 400 K. Zweifelsfrei kann der wissenschaftliche Nachwuchs hiermit erste Schritte machen und Erfahrungen in der Kryo­technologie sammeln. Neben diesem System bietet Quantum Design viele Vorschläge für Praktikumsversuche mit dem VersaLab. Hier eine Auswahl: 

  • Hall-Effekt an Kupfer, 
  • Synthese und Cha­­rak­­terisierung ei­nes Supraleiters, 
  • Messung einer Wärmekapazität, 
  • magnetische Messungen mit dem VSM. 

Das Schöne ist, dass diese Versuchs­an­leitungen öffentlich sind und für jeder­mann im Internet unter „education.qdusa.com“ abrufbar sind (Natürlich funktionieren die Experimente auch in einem PPMS). Unter den aufgeführten Experimenten möchte ich das Experiment „Magnetism De­mon­strations: Mag­netic signatures of some common states of materials” kurz ansprechen. Ziel ist es, dass die Studenten etwas über das verschiedene magnetische Verhalten lernen. Der Versuch fasst Messungen zusammen, in denen Para- und Diamagnetismus sowie Ferromagnetismus und Anti­ferromagnetismus und Supraleitung behandelt werden. Die Abbildung zeigt eine Messungen von Gadolinium (die Messung haben wir bei LOT am PPMS nach der Vorgabe im Skript durchgeführt). Gadolinium hat ferromagnetische Eigenschaften mit einer Curie-Temperatur von 293 K. Die beiden Messzweige zeigen eine temperaturabhängige Messung mit Feld (FCC: field cooled cooling) und ohne Feld (ZFC: zero-field cooling).

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Marc Kunzmann
Product Manager – Cryogenics & Materials science
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