附件(有关MPMS和PPMS的说明):
微弱信号检测这两大仪器是由美国 Quantum Design 公司生产的,已经成为世界公认的顶级测量平台,广泛地分布于世界上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域尖端的实验室,在中国有超过40台PPMS和MPMS正在服务于尖端的课题研究组。二者系统的设计理念是相同的,由基本系统和各种扩展功能选件构成;基本系统提供了整个系统中低温和强磁场的环境,以及软硬件控制中心。用户可以在这个基本系统平台的基础上选择各种测试选件。基本系统按功能划分为以下几个部分:温度控制,磁场控制,控制软件系统等。基本系统的硬件包括测量样品腔、普通液氦杜瓦、超导磁体及电源组件、液氦传输管、真空泵、计算机和电子控制系统等。它们都带有制冷机的液氦自循环杜瓦(Ever Cool Dewar)选件,大大提高了氦气的利用率,节约了大量的成本。二者在硬件上的区别在于:MPMS的样品腔直径为9mm,而PPMS为26mm直径;PPMS没有超导SQUID探测系统;PPMS由于测量选件和种类甚多,专为各种测量设计非常方便的样品、选件更换装臵,其结构与MPMS 不同,样品腔的底部提供即插即用的接线,大大方便各种选件的更换。另外,所有QD设备都采用了开放设计,允许科学家们从多用途的设备中只要通过升级计算机和软件就可获得相当好的科学价值;很多旧系统也可以通过许多新选件的安装与升级提供更多的研究目标。2010年6月21日我们实验室MPMS仪器上增加了高压池选件(High Pressure Cell),由此可以研究在高压下样品的M-T,M-H,这为后期的理论工作提供了新的研究思路。 地震的模拟实验
pcu hMPMS和PPMS系统的磁场都是通过对浸泡在液氦里的超导磁体励磁获得的,励磁的电源为先进的卡皮
察电源。由它们构成的磁场控制系统有以下特点:磁场具有很高的均匀度;低噪声、高效率的双极性磁体电源,具有卓越的电流平滑过零性质;使用高温超导材料制造的磁体电流引线极大的降低了在励磁过程中的液氦损耗。此外,二者系统都能够实现快速精确的温度控制,这主要得益于多项相关的专利技术,如液氦通道双流阻专利设计——可以精确连续控制液氦流量的技术,保证系统可以在4.2K以下实现无限长时间的连续低温测量;带有两个夹层的样品腔——配合液氦通道双流阻可以精确地控制样品腔内壁底部的温度,而样品腔内壁底部的部分采用了高热导的无氧铜制造,保证样品处于一个温度较稳定的大环境之中;高级温度控制算法——系统测量样品腔上不同位臵的温度计用于监视样品腔内的温度梯度分布,同时控制液氦流量,夹层真空度和2个线绕加热局部假发
器,使得系统能够快速精确地控制样品所在区域内的温度变化,并能实现样品温度无限长时间的稳定。超市手推车
MultiVu是二者系统的专用控制软件。它基于微软Windows操作系统,使用Windows的通用协议,具有友好的用户界面。主要特征:可以控制系统所有的硬件设备,实时监测并记录系统所有设备的运行状况;测量程序命令由软件系统提供,用户只需要填写测量是使用的参数;可以同时打开多个图形文件,用户可以把正在获得的图形数据与原来的数据进行比较;新增加的选件对应的软件模块可以很容易的集成到整个控制软件中来;当连接到互联网上,可以实现远程仪器的控制和维修服务;提供软件接口,使得MultiVu可以轻松控制所有基于总线的设备。
二者系统的安全性可分为硬件和软件两个部分。硬件部分主要是指气路上的安全阀,开机的自检,电子设备的过热保护,超导磁体的失超等等。软件部分可以分为以下几点:系统自动按照用户的设臵控制杜瓦内的压力,例如当杜瓦内压力超过一定值时开始缷压以保护试验杜瓦;系统自动按照用户的设臵控制杜瓦内的液氦面,例如当杜瓦内液面低于一定值时,系统自动向氦气压机供气,启动冷头向杜瓦内液化氦气,直至液氦面上升至安全范围;系统拒绝执行安全范围以外的任何试验参数,例如:如果设定系统温度至500K,或以高于200 Oe/s的速度变化磁场,系统都将提出警告,并拒绝执行。
常出现的问题:M-T,M-H曲线有部分坏点数据;乱用定中心的模式以及对定中心时所选用的数值分析程序;压缩机过热保护停机,测试数据没有记录等等。对于不同磁性样品应加合适的磁场,选择规范的量程,还有根据测试的不同性能曲线,选择不同的数值分析程序,在样品测试过程中,要间歇式地查看测试数据曲线,观察数据点的变化趋势,这主要是检查测试数据的记录,是否有中断、停止、跳跃等情况,尽量保证测试数据的完整性。时常我们可以查看冷头二级和冷凝器的温度是否在正常范围之内,偏高则导致液化效率下降,杜瓦压强循环周期变长,出现这种现象主要有两种情况:一是冷头磨损加重,临近维护日期。从制冷机的室内机前面板可以查看计时器,一般每20000小时需要进行冷机维护,主要内容是更换冷头和室内机里的吸附器;二是制冷机系统氦气压强偏低,从制冷机的室内机前面板可以查看压强,压缩机在工作状态时(无论冷头是否工作),工作压强一般在2.0-2.4MPa范围内(与室内温度相关);压缩机在停止状态是,
机械制图模型静止压强一般在指针位臵1.65MPa,如果偏低到1.5MPa也可以接受(此时对应的工作压强可能是1.9-2.1MPa)。如果两个温度比正常范围偏低,那么就只可能是一种情况:冷凝器堵塞。冷凝器堵塞后,冷头和冷凝器无法和杜瓦里氦气进行正常的热交换,所以自身的温度反而更低,低于3.9K或更低,与堵塞程度有关。另外,压缩机过热保护停机时,应立即关掉压缩机电源,立即清洁室外机散热片,并尝试重新开机,让压缩机尽快工作,防止液氦过快损耗。压缩机开和关,或关和开之间时间间隔应不低于15分钟,以免损坏压缩机。如果系统出现控温问题后,可以源于流阻堵塞。首先确认油泵(非制冷机系统)或干泵(制冷机系统)运转良好,然后进行流阻的测试。双流阻设计系统控温的重要组成部分,可以保证平滑连续经过液氦沸点(约4.2K)。如果小流阻堵塞,那么4.2K以下的温度温度将出现问题;如果大流阻堵塞,那么10K/min的最大降温速率将达不到。通常系统热灌液氦后,小信号样品测量前,频繁出现坏数据,这时就要进行噪音的检查。
上述只是列出了一些有可能常出现的问题。然而系统的复杂性,带来了巨大的挑战。针对出现不同的现象,对应着不同的问题,进而采取相应的措施。由于系统的多扩展功能选件,可以测量多种不同性质的曲线。对于研究材料各种性能非常方便。