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集磁、电、热测量多功能于一体的振动样品磁强计
——VersaLab
首席研发科学家Dr. Jim O’brien 和VersaLab,从图中可以看出设备非常小巧。 | 美国Quantum Design公司成立于1982年,是由公司的SQUID磁强计的设计者创立,坐落于美国加州圣迭戈市。在公司成立的二十多年里,Quantum Design公司专注于打造两种产品线—SQUID磁学测量系统(MPMS)和综合物性测量系统(PPMS),它们已经成为研究领域实验数据可靠的标志,被广泛应用于物理、化学及材料科学等众多研究领域,遍布国内外相关实验室。 2007年1月美国Quantum Design公司郑重推出了第三种产品—多功能振动样品磁强计(VSM)—VersaLab,它是Quantum Design公司推出的无液氦多功能振动样品磁强计系统,温度范围为50~400 K,全温区磁场可至3 T,可以全自动高精度的进行磁、电、热等多种物性测量。 |
从某种意义上来说,VersaLab也是一种经济型的PPMS系统(Quantum Design公司一种广为认可的材料研究大平台),因为VersaLab上的测量选件如磁学、电输运、比热等都是从PPMS上移植过来的,是非常成熟可靠的技术,经过了长时间的实验检验,这些测量方法的可靠性和便捷性在过去的十几年中已经得到科学界的广泛认可。与PPMS相比,VersaLab的测量功能和精度几乎完全相同,只不过磁场略低、温区略窄,但产品的诸多新特点使得用户的购买成本和运行成本大大降低。
主要特征:
• 集合磁、电学、热等高精度测量,功能强大 • 50-1000K测量全程无需液氦或液氮,(微型制冷机冷却超导磁体以及样品室) • 技术提供更高温度控制精度 • 超导磁体提供更均匀的背景磁场 | • 高低温下均可达到大3特斯拉磁场• 无磁间距调整及鞍区调整等复杂操作• 高磁场下长期运行也无需冷却水 • 单相电源供电(220V)能耗小(2.4KW) • 体积小巧,便于移动(重86 kg高1.31m) |
丰富多样的选件:
样品水平旋转杆选件(磁学、电学测量)
VersaLab上的样品水平旋转杆选件是用于测量与角度相关联的电和磁性质,例如电阻率、霍尔效应、临界电流、伏安特性以及磁各向异性等。样品安装在能够轻易拆装的带有镀金引线的样品板上,仅需要将特定功能的样品板插入到旋转台上就能进行角度相关测量,在测量的过程中转杆由步进马达控制按照输入的转动精度进行全自动转动。
技术参数: • 转角范围: -10° to 370° • 角度转动步长: 0.05°或0.0045° (高精度) • 转动重复性: < 1.0° • 转动速度: 10°每秒或1°每秒(高精度) |
VSM 高温炉选件
VersaLab上VSM的高温炉选件用于扩展磁学测量的温度区间,高可以达到1000K。采用的样品腔真空绝热技术而没有采用任何加热炉腔,既没有引入噪声源保证了高温磁测量精度而且操作非常简单易行。
高温磁学测量技术参数: • 稳定工作温度:300-1100K • 均方根灵敏度:<10-5 emu • 噪音基:<10-5 emu rms • 温度测量度: 0.5K |
电输运测量选件
磁、电测量往往密不可分,VersaLab系统新推出的VersaLab电测量选件,允许用户在50-400K,±3T的系统环境下全自动的进行诸如电阻、微分电阻(非线性电阻)、磁电阻、伏安特性和霍尔效应等各种电学测量。
技术参数: • 噪声基:1 nV/rtHz • 电压输出范围:± 4.5 V (一倍增益时) • 电流范围: 10nA-100mA 持续操作 • 频率范围: 直流或交流(0.1Hz-200Hz) • 电阻测量精度:0.1% (R < 200 kΩ) 0.2% (R > 200 kΩ) • 相对灵敏度: ± 10 nΩ RMS (typical) • 电阻测量范围:四线法10-8Ω-106Ω 二线法106Ω-5X109Ω |
比热测量选件
比热是非常重要的物理量,但是实验上很难获得高品质的比热测量数据。Quantum Design公司采用了热驰豫法,使用的双τ模型技术对驰豫曲线进行拟合,全自动快速地获得变温和变场下的高质量比热数据,该项技术曾获得1998年“R&D100”大奖。
技术参数: • 测量温度范围:50-400K • 磁场范围:±3T • 样品尺寸:1mg - 500mg(典型值20mg) • 测量灵敏度:10nJ/K @2K • 测量精度:<5% @2K - 300K(典型值<2%) |
热输运测量选件
热输运选件可以同时测量样品的热传导系数、Seebeck系数(热电势)和交流电阻率,并根据这三个数据计算出热电材料的品质因子。样品测量采用样品托的方式,并配套有专用的样品安装工具。
技术参数: • 热传导测量精度:± 5 % • Seebeck系数测量精度:± 5 % • Seebeck系数测量范围:1 μV/K - 1 V/K • 品质因子测量精度:± 15 %(取决于S) |
多功能样品杆选件
多功能样品杆能够方便用户将外接仪表的电源引线、信号采集线、光纤、微波导管等引入VersaLab系统的样品室内,从而可以进行例如铁电、介电、激光或微波辐照下的电输运等测量。
VersaLab与传统电磁铁VSM对比:
VersaLab | 传统电磁铁VSM | |
磁场控制 | NbTi超导磁体 | 铜线圈电磁铁 |
均匀区大(60px) | 均匀区窄(约12.5px) | |
高场下均匀度不变(0.1%) | 高场均匀区大幅下降,磁噪声大 | |
全自动化控制,操作方便 无需水冷 | 手动调节磁间距和鞍区等复杂操作 需水冷 | |
一体化机身屏蔽罩 | 无磁屏蔽,高场对周边人体与设备危害 | |
温度控制 | 低温无需任何温度插件 高温使用自加热样品杆 | 低温、高温均需要外部插件 (使得磁间距必须扩大,从而降低磁场强度和测量精度,并有巨大背景信号) |
内置微型制冷机 低温无需液氦或液氮 | 低温需要液氦或液氮 | |
VSM马达 | 长程电磁力驱动马达 (无任何机械噪声和磨损,无需维护) | 机械马达 (机械噪声对磁测量产生影响) |
振动方向与磁场平行 (提高磁信号探测灵敏度) | 振动方向与磁场垂直 | |
VSM测量 | 0-3T灵敏度均达到10-7emu 数据平均时间1秒 | 高场下由于电磁铁噪声对测量精度产生影响,数据测量时间长 |
内置<10-4 Torr高真空 (无机械振动和噪声) | 配备机械真空泵,约10‑3 Torr | |
拓展功能 | 电输运、比热、铁电、介电、光电、磁电等 | 手动电测量、无其他功能 |
能耗 | 总功率2.4kW | 磁场能耗5~8 kW 水冷机功率5~8 kW |
变频压缩机,自动调节制冷功率,效率提高50%,噪音下降10% | ||
仪器尺寸 | 重86 kg,高1.31m 底部滑轮,可随意移动 | 重达上千公斤,无法移动 |
多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统,VersaLab 系统
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“幸福都是奋斗出来的。”把蓝图变为现实,将改革进行到底,无不呼唤不驰于空想、不骛于虚声的奋斗精神,无不需要一步一个脚印踏踏实实干好工作。天道酬勤,日新月异。  
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近期,一篇“卡塔尔封锁氦气供应”(Qatar blockade hits helium supply)的Nature文章刷爆网络,文中阐述,科学家们担心可能会被迫停止试验或者关闭实验室设备,因为持续进行的对卡塔尔的封锁正在威胁他们的氦气供应。卡塔尔这个海湾国家为全球医院和实验室供应氦气,然而,在围绕卡塔尔宣称支持恐怖主义而起的政治争端中,沙特阿拉伯和7个邻国于今年6月封锁了其大部分进出口业务后。为此,卡塔尔不得不关停两
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2017年5月20日,由中国电子学会应用磁学分会主办的磁性相关测量讲习班,暨Quantum Design中国子公司大区用户会于中山大学圆满结束。此次会议共有中山大学、中国科学技术大学等高校的50多名老师和学生参加,并邀请美国Quantum Design总公司的应用科学家就如何进行更好的磁性测量进行介绍。会议开始,Quantum Design中国子公司就新研发进展做了详细的报告,并在随后对MPMS3(SQUID)磁学测量
2016年度的“应用超导奖”评选工作已经圆满结束,国际电气与电子工程师协会(IEEE)将该奖授予了Michael Simmonds博士——Quantum Design的创始人之一,并在国际性很强的应用超导会议上举行了隆重的颁奖仪式。有着超导应用“终身成就奖”之称的“应用超导奖”主要表彰在超导应用领域具有创新并持续做出贡献的科学家。获得该奖项必须具备两个重要的前提条件:1、在超导应用的研究中具有创新性;2、在该领域做出持续的贡献(基本要20年以上)。通常来讲
2016年9月4日,中国物理学会2016 年秋季学术会议(CPS Fall Meeting)在北京工业大学落幕。 Quantum Design中国子公司如邀参加展会,展示了PPMS综合物性测量系统、多功能振动样品磁强计DynaCool系统、MPMS3磁学测量系统、智能型氦液化器ATL、德国Attocube纳米精度位移器、美国Montana无液氦低温光学恒温器、英国Durham公司NanoMoke3磁光克尔效应系统等等多种产品技术信
2015年11月16日,北京大学生命科学学院的谢灿课题组在Nature Materials(Nature Materials 15, 217–226 (2016) | doi:10.1038/nmat4484)杂志在线发表论文,首次报道了一个全新的磁受体蛋白(MagR),该突破性进展或将揭开被称为生物“第六感”的磁觉之谜,并推动整个生物
北京航空航天大学材料科学与工程学院
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