El rendimiento de vibraciones ultrabajas y la flexibilidad operativa son características definitorias del último criostato de ciclo cerrado de ICEoxford
Mientras el mercurio alcanzaba niveles récord en el Reino Unido durante el verano, los ingenieros de desarrollo de ICEoxford se instalaron en el frescor del laboratorio de I+D, poniendo el broche de oro a la última oferta de la empresa para regímenes de temperatura ultrabaja. El producto en cuestión, el PAQUETE DE HIELO SECO, es un sistema de criostato de ciclo cerrado capaz de enfriar a una temperatura base de 1.7 K al mismo tiempo que proporciona aislamiento de vibraciones de vanguardia y opciones flexibles de acceso óptico al espacio de muestra.
Por contexto, la competencia central de ICEoxford es el diseño y desarrollo de sistemas criogénicos de alta gama para respaldar estudios experimentales en diversas aplicaciones dentro de las ciencias físicas, desde computación cuántica y óptica cuántica hasta superconductividad de alta temperatura y microscopía de sonda de barrido (SPM). Sin embargo, lo que distingue a la empresa es un enfoque implacable en el servicio al cliente y la innovación colaborativa, afirma Paul Kelly, director técnico de ICEoxford. "Dicho de otra manera", agrega, "trabajamos directamente con los científicos para comprender sus requisitos a nivel granular, dándoles la confianza de que podemos ofrecer el sistema óptimo en función de su presupuesto y especificaciones técnicas".
Priorizando la estabilidad y la flexibilidad
Ese modelo colaborativo de desarrollo de productos sustenta las especificaciones técnicas de DRY ICE DYAD, sobre todo en lo que respecta al rendimiento de vibraciones ultrabajas (a <10 nm). La clave del éxito aquí es que la unidad de muestra se mantenga por separado en una mesa óptica, de modo que esté aislada del cabezal frío y del cuerpo principal del criostato (y conectada solo por un enlace térmico suave para reducir aún más la vibración). “Nuestro enfoque de diseño consiste en desacoplar el criostato por completo del entorno de la muestra”, explica Kelly. “El criostato se encuentra en el piso del laboratorio, con el espacio de muestra ubicado en la mesa óptica adyacente”.
De hecho, la estabilidad proporciona uno de los temas de diseño generales de DRY ICE DYAD. “Si bien todos nuestros clientes científicos tienen requisitos únicos”, señala Kelly, “en última instancia, todos buscan estabilidad en tres coordenadas principales. Piense en la estabilidad del vacío: un vacío limpio y confiable. Piense en la estabilidad de la temperatura, desde la temperatura base muy baja hasta 300 K. Piense en la estabilidad mecánica, porque en la investigación cuántica, incluso las vibraciones más pequeñas pueden hacer que los efectos cuánticos fallen”.
La flexibilidad operativa es otra consideración de diseño que está al frente y al centro en DRY ICE DYAD. Un ejemplo de ello: el usuario final puede cambiar el entorno del espacio de muestras entre un módulo de gas de intercambio de carga superior y un módulo de vacío en un par de horas, una disposición que garantiza un enfriamiento criogénico versátil para alinearse con la investigación a menudo conflictiva. prioridades en laboratorios ocupados.
En términos específicos, el módulo de gas de intercambio de carga superior es un diseño patentado que permite cambiar la muestra sin calentar el cuerpo principal del criostato, lo que permite un tiempo de enfriamiento de la muestra de 2 h. La manipulación y rotación de muestras también es posible en hasta seis ejes junto con acceso óptico de alta apertura numérica y campos magnéticos de hasta 9 T.
Mientras tanto, el módulo de muestra en vacío incluye una placa fría de 150 mm de diámetro sobre la que se monta la muestra (con un enlace térmico directo al criostato). Se accede al espacio de muestra levantando la placa de vacío exterior y el escudo de radiación, mientras que el módulo de muestra de carga superior (una unidad basada en sonda) permite cambios de muestra sin calentar todo el sistema. La integración de nanoposicionadores de baja temperatura y hasta tres objetivos facilita el movimiento y la manipulación de la muestra.
“El criostato está realmente configurado para manejar dos tipos diferentes de experimentos: bajo gas de intercambio y bajo vacío”, señala Kelly. "El gas de intercambio permite una respuesta rápida y estudios preliminares de muestras que, en la mayoría de los casos, son precursores de experimentos de mayor duración [días o incluso semanas] bajo vacío".
Magnetismo a medida
Aparte del enfriamiento, los imanes superconductores son una parte integral del sistema DRY ICE DYAD, con ICEoxford que ofrece una gama de imanes de solenoide, de par dividido y de rotación vectorial de hasta 9 T de fuerza de campo. Si bien los estudios de propiedades magnéticas a temperaturas ultrabajas son un hecho, muchos científicos también quieren llevar a cabo investigaciones ópticas simultáneas de sus materiales, lo que no es tan fácil si la muestra se coloca dentro de la gran bobina de un imán de solenoide.
Una opción, por ejemplo, es cargar la muestra en el orificio de un imán de par dividido para permitir experimentos de espectroscopia láser en modo de transmisión o reflexión. El uso de imanes de rotación vectorial de dos o tres vías proporciona una mayor flexibilidad, y este último puede generar un campo magnético en tres direcciones discretas. De esta manera, es posible mantener la muestra estacionaria mientras el campo magnético varía a su alrededor, una característica clave cuando se estudia un plano específico dentro de una red cristalina o si el calor generado por la rotación de la muestra es una fuente de interferencia para pequeños estudios. mediciones de conductividad eléctrica.
Otra característica notable de DRY ICE DYAD es el énfasis en la automatización, con software basado en LabVIEW utilizado para controlar y monitorear la temperatura. “Esto se ha desarrollado pensando en el cliente”, concluye Kelly, “para reducir el tiempo de configuración y respuesta del sistema al tiempo que aumenta la productividad del laboratorio”. Además, es posible agregar funciones al software, como el control integrado del imán superconductor, así como la automatización de la carga superior y el enfriamiento de la sonda.
Las personalizaciones específicas incluyen una opción para hasta seis puertos adicionales alrededor del sistema óptico para permitir a los usuarios finales integrar cableado de CC, cables coaxiales o fibras ópticas según sea necesario. Los usuarios también pueden solicitar hasta cinco ventanas ópticas de diferentes diámetros en una variedad de materiales.
“La innovación de productos continúa con DRY ICE DYAD”, concluye Kelly. “Ya tenemos en la mira temperaturas base de 1.6 K y 1.5 K en la hoja de ruta de desarrollo”.
