Physical Property Measurements in un sistema cryogen-free: PPMS DynaCool

da Quantum Design

Il PPMS DynaCool è la piattaforma criomagnetica evoluzione del Physical Property Measurement System di Quantum Design: completamente ridisegnato, il PPMS Dynacool offre tutte le capacità del PPMS tradizionale ma senza necessità di elio liquido. Il sistema infatti utilizza un singolo cryocooler a doppio stadio per il raffreddamento del magnete superconduttore e per il sistema di controllo della temperatura, offrendo uno spazio campione efficiente, a basse vibrazioni e bassi costi di manutenzione.
Misurazioni delle proprietà dei materiali come il calore specifico, la suscettività AC, la magnetizzazione DC, le proprietà di trasporto termico ed elettrico (come per esempio l’effetto Hall, la figura di merito termoelettrica, l’effetto Seebeck) possono essere compiute a temperature fino ad 1.9K e in campi fino a 14T.

Features
Cryogen-free: nessun bisogno di liquidi criogenici
Intervallo di temperature: 1.9 K – 400 K
Magneti superconduttori da 9T e 14 T
Continuous low-temperature control: garantisce il mantenimento di temperature sotto i 4.2K per tempi lunghi a piacere e transizioni regolari attraverso 4.2K sia in raffreddamento che in riscaldamento
Opzioni di misurazione completamente automatizzate

Grazie ad un nuovo sistema di regolazione del flusso di gas è stato possibile incrementare la potenza refrigerante e migliorare la stabilità della temperatura rispetto al controllo di temperatura del PPMS, nonostante questo fosse già allo stato dell’arte.
Grazie a queste migliorie il PPMS Dynacool è capace di raffreddare un sample puck standard del PPMS da 300K a 1.9K stabili in meno di 40 minuti.
Il CLTC (Continuous Low Temperature Control) mantiene temperature sotto i 4.2K per tempi lunghi a piacere e transizioni regolari attraverso 4.2K sia in raffreddamento che in riscaldamento
Il PPMS Dynacool può essere dotato di magneti superconduttori switch-less da 9T o 14T, raffreddati per conduzione. Il PPMS Dynacool-9T integra uno schermo magnetico capace di confinare la linea dei 5G all’interno del criostato, consentendone l’installazione anche in prossimità di altri strumenti sensibili al campo magnetico e dunque permettendo una migliore gestione degli spazi.
Inoltre il PPMS Dynacool integra una criopompa e vacuometro per il controllo dello spazio campione.
La flessibilità del PPMS Dynacool permette di configurare i propri esperimenti e di interfacciarli alla camera del campione usando, per esempio, gli inserti dedicati, quale il multi-function probe che offre un montaggio del campione completamente personalizzabile, e/o LabVIEW, o altri software di terze parti, per controllare il campo magnetico e la temperatura e programmare la propria procedura di misurazione nel minimo dettaglio.
Il sistema di controllo della temperatura utilizza una minima quantità di elio che il cryocooler integrato ricondensa nel criostato per operare a ciclo chiuso (nessun bisogno di elio liquido o di refill). Una parte piccolissima di elio gas invece verrà utilizzato per il purge dello spazio campione, questa potrà essere bilanciata connettendo al sistema un cilindro di elio gas.

Magnetometro a campione vibrante: Vibrating Sample Magnetometer VSM

Un magnetometro a campione vibrante è un potente mezzo di misurazione per la caratterizzazione magnetica di un campione. L’opzione VSM trasforma il PPMS Dynacool in un magnetometro DC estremamente sensibile e veloce. La movimentazione del campione avviene per mezzo di uno speciale motore magnetico lineare preciso e flessibile.

  • Centraggio del campione rapido e completamente automatico
  • Misurazione del momento magnetico DC alla massima sensibilità fino a campo massimo.
  • Opzione di misurazione basata su protocollo CAN.
  • Sweeping di campo magnetico o temperatura.

Le possibilità di misurazione con l’opzione VSM possono essere estese grazie ad ulteriori opzioni.

Suscettività AC: opzione ACMSII

L’opzione di misura per la suscettività AC (ACMS) offre la capacità di eseguire anche misurazioni si magnetizzazione DC con tecnica ad estrazione.

  • Misurazione di suscettività AC e magnetizzazione DC.
  • L’utilizzo della tecnica di Direct Phase Nulling garantisce la misurazione e la cancellazione del fondo da ogni acquisizione.
Capacità termica

L’opzione Heat Capacity (HC) di Quantum Design misura la capacità termica a pressione constante.
Questa opzione controlla il calore assorbito e ceduto dal campione mentre ne monitora le variazioni di temperatura, alternando fasi di riscaldamento a fasi di raffreddamento.
Il modello a due tempi di rilassamento proprietario consente di valutare anche la qualità del contatto termico tra campione e porta campione così da garantire accuratezza e consistenza.

Trasporto elettrico (ETO)

L’opzione trasporto elettrico ETO consente molti diversi tipi di misurazione su ampi intervalli di valori di resistenza e su numerose tipologie d campione. L’ETO offre due canali di misurazione indipendenti, ciascuno con la propria elettronica, per caratterizzare due campioni diversi simultaneamente. Ciascun canale consiste di generatore di corrente di precisione e un preamplificatore di tensione accoppiati a un processore di segnale digitale (DSP).

  • Misurazione della resistenza a due e quattro fili
  • Acquisizione delle curve corrente-tensione
  • Acquisizione delle curve di resistenza differenziale

„Utilizziamo il sistema Dynacool sia per le misurazioni di trasporto elettrico (ETO) sia per quelle magnetometriche (VSM). Il sistema è in funzione 24/7. Una caratteristica fondamentale per noi è la facilità di utilizzo anche nelle condizioni di lavoro estreme: alla minima temperatura (fino a 1.8K) ed al massimo campo (fino a ±9 T). Ciò ne permette l’uso sia agli scienziati esperti che agli studenti che non abbiano esperienza con la criogenia ed i magneti superconduttori. Grazie a questo anche gli studenti possono concentrarsi sui problemi scientifici e solo raramente fronteggiare problemi legati allo strumento.”

- Dr. D. Görlitz, Universität Hamburg

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