Cryopulse低溫脈沖強磁場實驗平臺

圖1、CDM-X電容放電電源

圖2、脈沖磁體磁場強度與距離關(guān)系曲線

圖3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖4、脈沖磁體與實驗杜瓦

    CryoPulse系統(tǒng)是強大的低溫脈沖強磁場實驗平臺。對于測量磁輸運，臨界電流，磁化強度和磁光學(xué)實驗，Metis公司能夠提供全溫區(qū)的低溫環(huán)境，多種測量桿以及信號處理設(shè)備。模塊化的電源設(shè)計允許用戶輕易將系統(tǒng)升級到更高脈沖磁場強度和更長的脈沖時間。

    CryoPulse測量平臺提供了在強脈沖磁場（B>30T）及低溫環(huán)境下的測量技術(shù)。它非常適用于做以下方面的研究工作：

  1、同步施加脈沖磁場和電流（CryoPulse-BI），可以測量低溫下超導(dǎo)材料的性能。（變溫及高場下的臨界電流密度，臨界場）

  2、spin-Peierls化合物的磁性質(zhì)，Mn基氧化物巨磁電阻材料，氧化鐵石榴石化合物。（磁滯回線，變溫變場磁化曲線，磁電阻測量）

  3、低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光，如自組裝量子點和量子阱。（光致發(fā)光，能代結(jié)構(gòu)等）

主要特征：

    高可達(dá)80T測量環(huán)境

    測量溫度區(qū)間從4K到室溫

    模塊化設(shè)計允許用戶輕易升級至更強的磁場或更高的能量

    快速樣品更換

    針對不同的應(yīng)用開發(fā)了多種測量樣品桿

CryoPulse由四個基本部分構(gòu)成:

   1、標(biāo)準(zhǔn)CDM-X電容放電電源（圖1）

       能量大于32KJ，每個能量模塊為4KJ

       電壓為3000V

       可編程控制器控制設(shè)備并具有圖形顯示

       可選用不同的dB/dt進(jìn)行實驗

   2、脈沖磁體（圖2）（以32T磁體為例）

       對zui高磁場、脈寬和磁場均勻度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

       典型的磁體孔徑為20－54mm

       脈沖上升時間為6.2ms

       磁體需要用液氮冷卻

   3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（圖3） 

     計算機內(nèi)集成高速多功能16bit數(shù)據(jù)采集卡，掃描速度為1MS/s

     測量通道包括：磁場，時間，樣品電流和樣品信號

     數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能安全連接至用戶計算機

     基于Visual Basic軟件的數(shù)據(jù)采集、顯示以及系統(tǒng)控制

   4、低溫實驗杜瓦（圖4）

      液氮實驗杜瓦

      液氦實驗杜瓦

      溫度控制通過針尖閥，加熱器以及溫控儀

      二極管溫度計

      可更換cold finger內(nèi)徑17mm，可提供15mm樣品空間

      磁體支架包括磁體和杜瓦之間的振動隔離系統(tǒng)

      從頂部安裝實驗杜瓦，大可容納外徑為25mm的測量桿

      樣品桿適用于電輸運、磁輸運、光致發(fā)光以及臨界電流等測量。

CryoPulse產(chǎn)品分類

        CryoPulse-BI：超導(dǎo)材料的電輸運特性測量

        CryoPulse-MO：磁光學(xué)測量

        CryoPulse-MT：磁場下的電輸運測量

        CryoPulse-BM：變溫變場下的磁化強度測量

圖1、CryoPulse-BI系統(tǒng)的構(gòu)成

圖2、當(dāng)測量如圖所示的伏安特性曲線時，

曲線的斜率跟實驗中的峰值電流相關(guān)，這是

由于NbTi和銅基體之間的分流增強了。

圖3、下圖中顯示了用兩種方法測量的臨界電

流，zui高測量到了11T。在磁場垂直于電流時，

CryoPulse-BI系統(tǒng)測量的結(jié)果與傳統(tǒng)的DC測量結(jié)

果是一致的。

    CryoPulse-BI系統(tǒng)提供了在高磁場和大電流密度下對超導(dǎo)材料的臨界電流的直接測量方法。這個系統(tǒng)是與英國劍橋大學(xué)的應(yīng)用超導(dǎo)和低溫科學(xué)組合作開發(fā)的。         

    通過調(diào)節(jié)時間，CryoPulse-BI系統(tǒng)能夠產(chǎn)生同步的磁場和電流脈沖。當(dāng)樣品處于脈沖磁場之中時，用戶能對超導(dǎo)樣品施加一個可調(diào)節(jié)的電流。通過改變磁場強度，樣品的電流以及B-I時間就能夠?qū)Τ瑢?dǎo)樣品的性能進(jìn)行徹底的研究，得到其臨界電流。樣品測量的過程僅需要點擊幾次鼠標(biāo)，花費的時間非常少。

    樣品在制備和安裝到樣品桿上后，通過專用的密封連接裝置能快速更換樣品桿。如果想對熟悉的樣品進(jìn)行高精密的測量，用戶可以選擇自動掃描過程。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行這種自動掃描過程時，用戶可以準(zhǔn)備安裝新樣品到樣品桿上，以確保系統(tǒng)高效地運行。通過這種方式在脈沖場下測量的伏安特性曲線與比傳統(tǒng)的在直流場中測量的結(jié)果是一致的。因此，CroPulse-BI系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流臨界電流測量技術(shù)相比，被認(rèn)為實驗效率更高、測量功能更強大，運行起來也更便宜的新技術(shù)。

    CryoPulse系統(tǒng)中昂貴的部分是電容放電電源系統(tǒng)。然而模塊化的設(shè)計使得它很容易進(jìn)行升級和擴展。如果用戶需要將系統(tǒng)升級到更高的磁場，更大的體積以及更好磁場均勻度，無需花費很多資金，用戶僅需要擴展電源的容量，購買更高的脈沖磁體即可。(CryoPulse系統(tǒng)可以配各種高場線圈。)而且，用戶可以考慮使用平頂脈沖磁體，此時dB/dT≈0，這樣就能得到一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的磁場。所以，CryoPulse系統(tǒng)即可以對超導(dǎo)樣品提供動態(tài)的測量環(huán)境，也可以對超導(dǎo)樣品進(jìn)行靜態(tài)的性能測量。

系統(tǒng)組成部分（圖1）

1、 標(biāo)準(zhǔn)CDM-M電容放電脈沖磁體電源系統(tǒng)，圖中的部件1。

2、 變溫系統(tǒng)（4K或77K），如圖中的部件2。

3、 液氮冷卻脈沖磁體，在圖中的部件2內(nèi)。

4、通常從頂部安裝的樣品桿，如圖中的部件3。

5、 數(shù)據(jù)采集及信號處理系統(tǒng)，如圖中的部件4。

6、標(biāo)準(zhǔn)的CDM-C電容房地電源系統(tǒng)（2kJ），用于對樣品提供脈沖電流，如圖中的部件5。

部分測量結(jié)果（見圖2和圖3）

    CryoPulse-BI系統(tǒng)能夠用于測量低溫超導(dǎo)體（NbTi和Nb3Sn）和高溫超導(dǎo)材料（BSCCO帶材）的性質(zhì)。

CryoPulse-BI系統(tǒng)的特點

  極高的性價比，較少的投入就能獲得很高的磁場

  效率很高，較低的損耗就能獲得很高的電流密度

  緊湊模塊化設(shè)計便于磁體更換和設(shè)備升級到更高的能量或更高的磁場

  液氦損耗極小，運行成本很低

  只要簡單改變實驗參數(shù)就能實驗樣品性能的快速掃描

  僅需要點擊鼠標(biāo)就能選擇0－30T的磁場或0－7kA的電流

  友好的用戶界面，方便用戶操作

  快速樣品更換：直接插入樣品桿即可測量

  高度可重復(fù)，測量精度好

  可以選擇不同的測量方式：電流垂直于磁場或電流平行于磁場

  可以研究樣品的動態(tài)和靜態(tài)性能（寬平頂脈沖磁場或dB/dt掃描）