Performa getaran ultra-rendah dan fleksibilitas operasional menentukan fitur cryostat siklus tertutup terbaru dari ICEoxford
Sementara merkuri mencapai rekor tertinggi di Inggris selama musim panas, insinyur pengembangan di ICE Oxford disimpan di dalam laboratorium R&D yang sejuk, memberikan sentuhan akhir yang berkembang pada penawaran terbaru perusahaan untuk rezim suhu sangat rendah. Produk yang dimaksud, ES KERING DYAD, adalah sistem cryostat siklus tertutup yang mampu mendinginkan hingga suhu dasar 1.7 K sambil menyediakan isolasi getaran mutakhir dan opsi akses optik fleksibel ke ruang sampel.
Untuk konteksnya, kompetensi inti ICEoxford adalah desain dan pengembangan sistem kriogenik kelas atas untuk mendukung studi eksperimental di berbagai aplikasi dalam ilmu fisika – mulai dari komputasi kuantum dan optik kuantum hingga superkonduktivitas suhu tinggi dan pemindaian probe mikroskop (SPM). Apa yang membedakan perusahaan ini adalah fokus tanpa henti pada layanan pelanggan dan inovasi kolaboratif, klaim Paul Kelly, chief technical officer di ICEoxford. “Dengan kata lain,” tambahnya, “kami bekerja secara langsung dengan para ilmuwan untuk memahami persyaratan mereka pada tingkat yang terperinci, memberi mereka keyakinan bahwa kami dapat memberikan sistem yang optimal dibandingkan anggaran dan spesifikasi teknis mereka.”
Memprioritaskan stabilitas dan fleksibilitas
Model kolaboratif pengembangan produk tersebut mendukung spesifikasi teknis DRY ICE DYAD – paling tidak dalam hal kinerja getaran ultra-rendah (pada <10 nm). Kunci keberhasilan di sini adalah unit sampel yang dipegang secara terpisah di atas meja optik, sehingga diisolasi dari kepala dingin dan badan utama cryostat (dan dihubungkan hanya dengan tautan termal lunak untuk lebih mengurangi getaran). “Pendekatan desain kami adalah memisahkan cryostat sepenuhnya dari lingkungan sampel,” jelas Kelly. “Cryostat berada di lantai laboratorium, dengan ruang sampel terletak di meja optik yang berdekatan.”
Faktanya, stabilitas memberikan salah satu tema desain yang menonjol dari DRY ICE DYAD. “Sementara pelanggan ilmiah kami semua memiliki persyaratan unik,” catat Kelly, “mereka semua pada akhirnya mencari stabilitas di sepanjang tiga koordinat utama. Pikirkan stabilitas vakum – vakum yang bersih dan andal. Pikirkan stabilitas suhu – dari suhu dasar yang sangat rendah hingga 300 K. Pikirkan stabilitas mekanis – karena dalam penelitian kuantum bahkan getaran terkecil dapat menyebabkan efek kuantum gagal.”
Fleksibilitas operasional adalah pertimbangan desain lain yang terdepan dalam DRY ICE DYAD. Contoh kasus: pengguna akhir dapat mengganti lingkungan ruang sampel antara modul pertukaran gas top-loading dan modul vakum dalam beberapa jam – pengaturan yang memastikan pendinginan kriogenik serbaguna untuk menyelaraskan dengan penelitian yang sering bertentangan prioritas di laboratorium yang sibuk.
Dalam hal spesifik, modul pertukaran gas pemuatan atas adalah desain yang dipatenkan yang memungkinkan sampel diubah tanpa menghangatkan badan utama cryostat, sehingga memungkinkan waktu pendinginan sampel 2 jam. Manipulasi dan rotasi sampel juga dimungkinkan hingga enam sumbu bersama dengan akses optik bukaan numerik tinggi dan medan magnet hingga 9 T.
Sementara itu, modul sampel-dalam-vakum mencakup pelat dingin berdiameter 150 mm tempat sampel dipasang (dengan tautan termal langsung ke cryostat). Ruang sampel diakses dengan mengangkat pelat vakum luar dan pelindung radiasi, sedangkan modul sampel pemuatan atas (unit berbasis probe) memungkinkan perubahan sampel tanpa memanaskan seluruh sistem. Integrasi nanopositioners suhu rendah dan hingga tiga tujuan memfasilitasi pergerakan dan manipulasi sampel.
“Cryostat benar-benar diatur untuk menangani dua jenis eksperimen yang berbeda – di bawah pertukaran gas dan di bawah vakum,” catat Kelly. “Gas pertukaran memungkinkan perputaran cepat dan studi sampel awal yang, lebih sering daripada tidak, merupakan pendahulu dari eksperimen berdurasi lebih lama [berhari-hari atau bahkan berminggu-minggu] di bawah vakum.”
Magnetisme yang terukur
Selain pendinginan, magnet superkonduktor merupakan bagian integral dari sistem DRY ICE DYAD, dengan ICEoxford menawarkan berbagai magnet solenoid, split-pair, dan vektor-putar hingga kekuatan medan 9 T. Sementara studi sifat magnetik pada suhu ultra rendah diberikan, banyak ilmuwan juga ingin melakukan penyelidikan optik simultan bahan mereka - tidak begitu mudah jika sampel diletakkan di dalam kumparan besar magnet solenoida.
Salah satu pilihan, misalnya, adalah untuk memuat sampel ke dalam lubang magnet split-pair untuk memungkinkan eksperimen spektroskopi laser dalam mode transmisi atau refleksi. Penggunaan magnet rotasi vektor dua atau tiga arah memberikan fleksibilitas lebih lanjut, dengan yang terakhir mampu menghasilkan medan magnet dalam tiga arah diskrit. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk menjaga sampel tetap diam saat medan magnet bervariasi di sekitarnya – fitur utama saat mempelajari bidang tertentu dalam kisi kristal atau jika panas yang dihasilkan oleh rotasi sampel merupakan sumber interferensi untuk skala kecil. pengukuran konduktivitas listrik.
Fitur penting lainnya dari DRY ICE DYAD adalah penekanan pada otomatisasi, dengan perangkat lunak berbasis LabVIEW yang digunakan untuk mengontrol dan memantau suhu. “Ini telah dikembangkan dengan mempertimbangkan pelanggan,” Kelly menyimpulkan, “untuk mengurangi waktu penyiapan dan penyelesaian sistem sekaligus meningkatkan produktivitas laboratorium.” Terlebih lagi, dimungkinkan untuk menambahkan fitur ke perangkat lunak seperti kontrol terintegrasi untuk magnet superkonduktor serta mengotomatiskan top-load dan pendinginan probe.
Kustomisasi khusus mencakup opsi hingga enam port tambahan di sekitar sistem optik untuk memungkinkan pengguna akhir mengintegrasikan kabel DC, kabel coax, atau serat optik berdasarkan kebutuhan. Pengguna juga dapat meminta hingga lima jendela optik dengan diameter yang bervariasi dalam berbagai bahan.
“Inovasi produk terus berlanjut dengan DRY ICE DYAD,” tutup Kelly. “Kami sudah memiliki suhu dasar 1.6 K dan 1.5 K dalam pandangan kami di peta jalan pengembangan.”
