Az ultraalacsony vibrációs teljesítmény és a működési rugalmasság az ICEoxford legújabb zárt ciklusú kriosztátjának meghatározó jellemzői
Míg a higany a nyáron rekordmagasságot döntött az Egyesült Királyságban, a fejlesztőmérnökök a ICEoxford a K+F laboratórium hűvösében helyezték el, és ezzel felvirágoztatták a cég legújabb, ultraalacsony hőmérsékletű rendszerekre vonatkozó ajánlatát. A szóban forgó termék, a SZÁRAZJÉG DIADA, egy zárt ciklusú kriosztátrendszer, amely képes 1.7 K alaphőmérsékletre hűteni, miközben csúcsminőségű rezgésszigetelést és rugalmas optikai hozzáférési lehetőségeket biztosít a mintatérhez.
Az ICEoxford fő kompetenciája a csúcskategóriás kriogén rendszerek tervezése és fejlesztése a fizikai tudományok különféle alkalmazásaiban végzett kísérleti tanulmányok támogatására – a kvantumszámítástól és a kvantumoptikától a magas hőmérsékletű szupravezetésig és a pásztázó szonda mikroszkópiáig (SPM). A céget azonban az ügyfélszolgálatra és az együttműködésen alapuló innovációra való szakadatlan összpontosítás különbözteti meg – állítja Paul Kelly, az ICEoxford műszaki igazgatója. "Másképpen fogalmazva" - teszi hozzá - "közvetlenül a tudósokkal dolgozunk együtt annak érdekében, hogy részletesen megértsük követelményeiket, és bíztatnak abban, hogy az optimális rendszert tudjuk biztosítani a költségvetésükhöz és a műszaki specifikációikhoz képest."
A stabilitás és a rugalmasság előnyben részesítése
Ez az együttműködésen alapuló termékfejlesztési modell támasztja alá a DRY ICE DYAD műszaki specifikációit – nem utolsósorban az ultraalacsony vibrációs teljesítmény tekintetében (<10 nm). A siker kulcsa itt az, hogy a mintaegységet külön kell tartani egy optikai asztalon, így el van szigetelve a hideg fejtől és a kriosztát fő testétől (és csak egy puha termikus kapcsolattal van összekötve a vibráció további csökkentése érdekében). „A mi tervezési megközelítésünk az, hogy a kriosztátot teljesen leválasztjuk a mintakörnyezetről” – magyarázza Kelly. "A kriosztát a laboratórium padlóján található, a mintaterület pedig a szomszédos optikai asztalon."
Valójában a stabilitás a DRY ICE DYAD egyik átfogó tervezési témája. „Míg tudományos ügyfeleinknek egyedi igényei vannak” – jegyzi meg Kelly, „végső soron mindannyian a stabilitást keresik három fő koordináta mentén. Gondoljon a vákuumstabilitásra – tiszta, megbízható porszívóra. Gondoljon a hőmérsékleti stabilitásra – a nagyon alacsony alaphőmérséklettől egészen 300 K-ig. Gondoljon a mechanikai stabilitásra – mert a kvantumkutatásban a legkisebb rezgések is a kvantumhatások kudarcát okozhatják.”
A működési rugalmasság egy másik tervezési szempont, amely a DRY ICE DYAD elöl és középen helyezkedik el. Egy példa: a végfelhasználó néhány órán belül átválthatja a mintatér környezetét a felültöltős gázcserélő modul és a vákuummodul között – ez az elrendezés biztosítja a sokoldalú kriogén hűtést, hogy illeszkedjen a gyakran ellentmondásos kutatásokhoz. prioritások a forgalmas laboratóriumokban.
A sajátosságokat tekintve a felültöltős gázcserélő modul egy szabadalmaztatott kialakítás, amely lehetővé teszi a minta cseréjét anélkül, hogy felmelegítené a kriosztát testét, ezáltal 2 órás mintahűtési időt tesz lehetővé. A minták manipulálása és elforgatása is lehetséges akár hat tengelyen, valamint nagy numerikus apertúrájú optikai hozzáférés és mágneses tér 9 T-ig.
Eközben a minta a vákuumban modul egy 150 mm átmérőjű hideglemezt tartalmaz, amelyre a mintát rögzítik (közvetlen hőcsatlakozással a kriosztáthoz). A mintatérbe a külső vákuumlemez és a sugárzásvédő pajzs felemelésével lehet hozzáférni, míg a felültöltős mintavevő modul (szonda alapú egység) lehetővé teszi a mintacserét a teljes rendszer felmelegítése nélkül. Az alacsony hőmérsékletű nanopozicionerek és akár három objektív integrálása megkönnyíti a minta mozgatását és manipulálását.
„A kriosztát valóban két különböző típusú kísérlet kezelésére van beállítva – cseregáz alatt és vákuum alatt” – jegyzi meg Kelly. "A cseregáz gyors átfutást és előzetes mintavizsgálatokat tesz lehetővé, amelyek gyakran előfutárai a vákuum alatt végzett hosszabb időtartamú [napok vagy akár hetek] kísérleteknek."
Méretre szabott mágnesesség
A hűtéstől eltekintve a szupravezető mágnesek a DRY ICE DYAD rendszer szerves részét képezik, az ICEoxford szolenoid, osztott páros és vektorforgató mágnesek széles választékát kínálja 9 T térerősségig. Míg a mágneses tulajdonságok ultraalacsony hőmérsékleten történő vizsgálata magától értetődő, sok tudós egyidejű optikai vizsgálatokat is szeretne végezni az anyagain – ez nem olyan egyszerű, ha a minta egy mágneses mágnes nagy tekercsében van.
Az egyik lehetőség például az, hogy a mintát egy osztott érpárú mágnes furatába töltik, hogy lehetővé tegyék a lézerspektroszkópiás kísérleteket átviteli vagy reflexiós módban. A két- vagy háromirányú vektorforgató mágnesek alkalmazása további rugalmasságot biztosít, utóbbiak három különálló irányban képesek mágneses teret generálni. Ily módon lehetséges a minta mozdulatlan tartása, miközben a mágneses mezőt körülötte változtatják – ez kulcsfontosságú jellemző egy kristályrácson belüli egy adott sík vizsgálatakor, vagy ha a minta forgatása során keletkező hő zavarforrást jelent kis léptékűeknél. elektromos vezetőképesség mérések.
A DRY ICE DYAD másik figyelemre méltó jellemzője az automatizálásra helyezett hangsúly, a hőmérséklet szabályozására és monitorozására használt LabVIEW-alapú szoftverrel. „Ezt az ügyfeleket szem előtt tartva fejlesztettük ki” – összegzi Kelly –, hogy csökkentsék a rendszer beállítási és átfutási idejét, miközben növeljük a laboratóriumi termelékenységet. Sőt, lehetőség van olyan funkciókkal kiegészíteni a szoftvert, mint például a szupravezető mágnes integrált vezérlése, valamint a felső terhelés és a szonda hűtésének automatizálása.
A speciális testreszabások közé tartozik az optikai rendszer körül akár hat további port is, hogy a végfelhasználók szükség szerint integrálhassák az egyenáramú vezetékeket, koax kábeleket vagy optikai szálakat. A felhasználók akár öt különböző átmérőjű optikai ablakot is igényelhetnek különféle anyagokból.
„A termékinnováció folyamatban van a DRY ICE DYAD-dal” – összegzi Kelly. „A fejlesztési ütemtervben már 1.6 K és 1.5 K alaphőmérséklet áll rendelkezésünkre.”
