Erittäin alhainen tärinä ja toiminnan joustavuus ovat ICEoxfordin uusimman suljetun syklin kryostaatin ominaisuuksia.
Kun elohopea saavutti ennätyskorkeuden Isossa-Britanniassa kesän aikana, kehitysinsinöörit klo ICEoxford Bunkkeroitiin T&K-laboratorion viileään, mikä loisti yrityksen viimeisimmän tarjouksen ultramatalien lämpötilojen järjestelmiin. Kyseinen tuote, KUIVAJÄÄDYADI, on suljetun syklin kryostaattijärjestelmä, joka pystyy jäähdyttämään 1.7 K:n peruslämpötilaan samalla kun se tarjoaa huippuluokan tärinäneristyksen ja joustavia optisia pääsyvaihtoehtoja näytetilaan.
Kontekstin kannalta ICEoxfordin ydinosaamista on korkealuokkaisten kryogeenisten järjestelmien suunnittelu ja kehittäminen, jotka tukevat kokeellisia tutkimuksia erilaisissa fysiikan sovelluksissa – kvanttilaskennasta ja kvanttioptiikasta korkean lämpötilan suprajohtavuuteen ja pyyhkäisyanturimikroskopiaan (SPM). Yrityksen erottaa kuitenkin hellittämätön keskittyminen asiakaspalveluun ja yhteistyöhön perustuvaan innovaatioon, sanoo Paul Kelly, ICEoxfordin tekninen johtaja. "Toisin sanoen", hän lisää, "työskentelemme suoraan tutkijoiden kanssa ymmärtääksemme heidän vaatimuksiaan yksityiskohtaisesti, mikä antaa heille luottamusta siihen, että pystymme toimittamaan optimaalisen järjestelmän suhteessa heidän budjettiinsa ja teknisiin vaatimuksiinsa."
Etusijalla vakaus ja joustavuus
Tämä tuotekehityksen yhteistyömalli tukee DRY ICE DYADin teknisiä eritelmiä – ei vähiten mitä tulee ultramatalaiseen tärinään (<10 nm). Menestyksen avain on tässä, että näyteyksikköä pidetään erikseen optisella pöydällä siten, että se on eristetty kylmästä päästä ja kryostaatin päärungosta (ja yhdistetty vain pehmeällä lämpölinkillä tärinän vähentämiseksi edelleen). "Suunnittelutapamme on irrottaa kryostaatti kokonaan näyteympäristöstä", Kelly selittää. "Kryostaatti sijaitsee laboratorion lattialla ja näytetila viereisellä optisella pöydällä."
Itse asiassa vakaus on yksi DRY ICE DYADin kattavista suunnitteluteemoista. "Vaikka kaikilla tieteellisillä asiakkaillamme on ainutlaatuiset vaatimukset", Kelly huomauttaa, "he kaikki etsivät viime kädessä vakautta kolmelta pääkoordinaatilta. Ajattele tyhjiön vakautta – puhdasta, luotettavaa imuria. Ajattele lämpötilan vakautta – erittäin alhaisesta peruslämpötilasta 300 K:iin. Ajattele mekaanista stabiilisuutta – koska kvanttitutkimuksessa pienimmätkin värähtelyt voivat aiheuttaa kvanttiefektien epäonnistumisen.”
Toiminnan joustavuus on toinen suunnittelunäkökohta, joka on DRY ICE DYADin etu- ja keskiosa. Esimerkki: loppukäyttäjä voi vaihtaa näytetilaympäristön ylhäältä ladattavan vaihtokaasumoduulin ja tyhjiömoduulin välillä muutamassa tunnissa – järjestely, joka varmistaa monipuolisen kryogeenisen jäähdytyksen sopeutumaan usein ristiriitaisiin tutkimuksiin. prioriteetteja kiireisissä laboratorioissa.
Erityisesti ylhäältä ladattava vaihtokaasumoduuli on patentoitu rakenne, joka mahdollistaa näytteen vaihdon ilman, että kryostaatin päärunko lämmitetään, mikä mahdollistaa 2 tunnin jäähdytysajan. Näytteiden käsittely ja pyöritys ovat myös mahdollisia jopa kuudella akselilla sekä suuren numeerisen aukon optinen pääsy ja magneettikentät jopa 9 T:iin asti.
Samaan aikaan näyte tyhjiössä -moduuli sisältää halkaisijaltaan 150 mm:n kylmälevyn, jolle näyte on asennettu (suora lämpöyhteys kryostaattiin). Näytetilaan päästään nostamalla ulompaa tyhjiölevyä ja säteilysuojaa, kun taas ylhäältä ladattava näytemoduuli (sondipohjainen yksikkö) mahdollistaa näytteenvaihdon ilman koko järjestelmän lämmitystä. Matalan lämpötilan nanoasentolaitteiden ja jopa kolmen objektiivin integrointi helpottaa näytteen liikkumista ja käsittelyä.
"Kryostaatti on todella asetettu käsittelemään kahta erityyppistä koetta - vaihtokaasun alla ja tyhjiössä", Kelly toteaa. "Vaihtokaasu mahdollistaa nopeat kierrokset ja alustavat näytetutkimukset, jotka ovat useimmiten edeltäjä pidempikestoisille kokeille [päiviä tai jopa viikkoja] tyhjiössä."
Mittojen mukaan valmistettu magnetismi
Jäähdytyksen lisäksi suprajohtavat magneetit ovat olennainen osa DRY ICE DYAD -järjestelmää, ja ICEoxford tarjoaa valikoiman solenoidi-, split-pari- ja vektorikiertomagneetteja jopa 9 T kentänvoimakkuuteen asti. Vaikka magneettisten ominaisuuksien tutkimukset erittäin alhaisissa lämpötiloissa ovat itsestäänselvyyksiä, monet tutkijat haluavat myös suorittaa samanaikaisia optisia tutkimuksia materiaaleistaan - ei niin helppoa, jos näyte on isossa solenoidimagneetin kelassa.
Yksi vaihtoehto on esimerkiksi ladata näyte jaetun magneetin reikään, jotta laserspektroskopiakokeet voidaan tehdä lähetys- tai heijastustilassa. Kaksi- tai kolmisuuntaisten vektorikiertoisten magneettien käyttö tarjoaa lisää joustavuutta, kun jälkimmäinen pystyy muodostamaan magneettikentän kolmeen erilliseen suuntaan. Tällä tavalla on mahdollista pitää näyte paikallaan, kun magneettikenttää sen ympärillä vaihdellaan – avainominaisuus tutkittaessa tiettyä tasoa kidehilan sisällä tai jos näytteen pyörityksestä syntyvä lämpö on häiriölähde pienimuotoisille sähkönjohtavuusmittaukset.
Toinen DRY ICE DYADin huomionarvoinen ominaisuus on automaation painottaminen, ja lämpötilan ohjaamiseen ja valvontaan käytetään LabVIEW-pohjaista ohjelmistoa. "Tämä on kehitetty asiakasta ajatellen", Kelly päättää, "jota lyhennetään järjestelmän asennus- ja läpimenoaikaa ja lisätään laboratorion tuottavuutta." Lisäksi ohjelmistoon on mahdollista lisätä ominaisuuksia, kuten suprajohtavan magneetin integroitu ohjaus sekä yläkuormituksen ja anturin jäähdytyksen automatisointi.
Erityiset mukautukset sisältävät vaihtoehdon jopa kuudelle lisäportille optisen järjestelmän ympärille, jotta loppukäyttäjät voivat integroida DC-johdotuksia, koaksiaalikaapeleita tai optisia kuituja tarpeen mukaan. Käyttäjät voivat myös pyytää jopa viisi optista ikkunaa, joiden halkaisija vaihtelee eri materiaaleista.
"DRY ICE DYADin tuoteinnovaatiot jatkuvat", Kelly päättää. "Kehityssuunnitelmassa meillä on jo 1.6 K ja 1.5 K peruslämpötilat."
