Desempenho de vibração ultrabaixa e flexibilidade operacional são características que definem o mais recente criostato de ciclo fechado da ICEoxford
Enquanto o mercúrio atingia níveis recordes no Reino Unido durante o verão, os engenheiros de desenvolvimento da ICEoxford foram alojados no frescor do laboratório de P&D, dando o toque final à mais recente oferta da empresa para regimes de temperatura ultrabaixa. O produto em questão, o DYAD DE GELO SECO, é um sistema criostato de ciclo fechado capaz de resfriar a uma temperatura base de 1.7 K, ao mesmo tempo que fornece isolamento de vibração de última geração e opções flexíveis de acesso óptico ao espaço amostral.
Para contextualizar, a principal competência da ICEoxford é o design e desenvolvimento de sistemas criogênicos de ponta para apoiar estudos experimentais em diversas aplicações nas ciências físicas – desde computação quântica e óptica quântica até supercondutividade de alta temperatura e microscopia de varredura por sonda (SPM). O que diferencia a empresa, porém, é o foco incansável no atendimento ao cliente e na inovação colaborativa, afirma Paul Kelly, diretor técnico da ICEoxford. “Dito de outra forma”, acrescenta ele, “trabalhamos diretamente com cientistas para entender seus requisitos em um nível granular, dando-lhes a confiança de que podemos fornecer o sistema ideal em relação ao seu orçamento e especificações técnicas”.
Priorizando estabilidade e flexibilidade
Esse modelo colaborativo de desenvolvimento de produto sustenta as especificações técnicas do DRY ICE DYAD – principalmente quando se trata de desempenho de vibração ultrabaixa (em <10 nm). A chave para o sucesso aqui é que a unidade de amostra seja mantida separadamente em uma mesa óptica, de modo que fique isolada da cabeça fria e do corpo principal do criostato (e conectada apenas por uma ligação térmica suave para reduzir ainda mais a vibração). “Nossa abordagem de projeto é desacoplar completamente o criostato do ambiente da amostra”, explica Kelly. “O criostato fica no chão do laboratório, com o espaço amostral localizado na mesa óptica adjacente.”
Na verdade, a estabilidade fornece um dos temas de design abrangentes do DRY ICE DYAD. “Embora todos os nossos clientes científicos tenham requisitos únicos”, observa Kelly, “em última análise, todos procuram estabilidade ao longo de três coordenadas principais. Pense na estabilidade do vácuo – um aspirador limpo e confiável. Pense na estabilidade da temperatura – desde a temperatura base muito baixa até 300 K. Pense na estabilidade mecânica – porque na pesquisa quântica mesmo as menores vibrações podem fazer com que os efeitos quânticos falhem.”
A flexibilidade operacional é outra consideração de design que está no centro do DRY ICE DYAD. Um caso em questão: o usuário final pode alternar o ambiente do espaço amostral entre um módulo de troca de gás de carregamento superior e um módulo de vácuo em algumas horas – um arranjo que garante um resfriamento criogênico versátil para se alinhar com pesquisas frequentemente conflitantes prioridades em laboratórios ocupados.
Em termos específicos, o módulo de troca de gás de carregamento superior é um design patenteado que permite que a amostra seja trocada sem aquecer o corpo principal do criostato, permitindo assim um tempo de resfriamento da amostra de 2 horas. A manipulação e rotação de amostras também são possíveis em até seis eixos, juntamente com acesso óptico de alta abertura numérica e campos magnéticos de até 9 T.
Enquanto isso, o módulo de amostra em vácuo inclui uma placa fria de 150 mm de diâmetro na qual a amostra é montada (com uma ligação térmica direta ao criostato). O espaço de amostra é acessado levantando a placa de vácuo externa e a proteção contra radiação, enquanto o módulo de amostra de carregamento superior (uma unidade baseada em sonda) permite alterações de amostra sem aquecer todo o sistema. A integração de nanoposicionadores de baixa temperatura e até três objetivas facilita a movimentação e manipulação da amostra.
“O criostato está realmente configurado para lidar com dois tipos diferentes de experimentos – sob troca gasosa e sob vácuo”, observa Kelly. “A troca de gás permite resultados rápidos e estudos preliminares de amostras que são, na maioria das vezes, um precursor para experimentos de longa duração [dias ou até semanas] sob vácuo.”
Magnetismo sob medida
Deixando de lado o resfriamento, os ímãs supercondutores são parte integrante do sistema DRY ICE DYAD, com a ICEoxford oferecendo uma linha de ímãs solenóides, pares divididos e rotação vetorial com intensidade de campo de até 9 T. Embora os estudos das propriedades magnéticas a temperaturas ultrabaixas sejam um dado adquirido, muitos cientistas também pretendem realizar investigações ópticas simultâneas dos seus materiais – o que não é tão fácil se a amostra estiver colocada dentro da grande bobina de um íman solenóide.
Uma opção, por exemplo, é carregar a amostra no furo de um ímã de par dividido para permitir experimentos de espectroscopia a laser em modo de transmissão ou reflexão. O uso de ímãs de rotação vetorial de duas ou três vias proporciona maior flexibilidade, sendo este último capaz de gerar um campo magnético em três direções discretas. Desta forma, é possível manter a amostra estacionária enquanto o campo magnético varia ao seu redor – uma característica fundamental ao estudar um plano específico dentro de uma rede cristalina ou se o calor gerado pela rotação da amostra for uma fonte de interferência para aplicações em pequena escala. medições de condutividade elétrica.
Outra característica notável do DRY ICE DYAD é a ênfase na automação, com software baseado em LabVIEW usado para controlar e monitorar a temperatura. “Isso foi desenvolvido pensando no cliente”, conclui Kelly, “para reduzir o tempo de configuração e entrega do sistema e, ao mesmo tempo, aumentar a produtividade do laboratório”. Além disso, é possível adicionar recursos ao software, como controle integrado para o ímã supercondutor, bem como automatizar a carga superior e o resfriamento da sonda.
As personalizações específicas incluem uma opção para até seis portas adicionais ao redor do sistema óptico para permitir que os usuários finais integrem fiação CC, cabos coaxiais ou fibras ópticas conforme necessário. Os usuários também podem solicitar até cinco janelas ópticas de diâmetros variados em diversos materiais.
“A inovação de produtos está em andamento com o DRY ICE DYAD”, conclui Kelly. “Já temos temperaturas base de 1.6 K e 1.5 K em vista no roteiro de desenvolvimento.”
