Performanța la vibrații ultrascăzute și flexibilitatea operațională sunt caracteristicile definitorii ale celui mai recent criostat cu ciclu închis de la ICEoxford
În timp ce mercurul a atins niveluri record în Marea Britanie în timpul verii, inginerii de dezvoltare de la ICEoxford au fost depozitate în răcoarea laboratorului de cercetare și dezvoltare, punând înflorirea ultimei oferte a companiei pentru regimuri de temperatură ultrajoasă. Produsul în cauză, cel DIADA DE GHEAȚĂ SECA, este un sistem criostat cu ciclu închis, capabil să se răcească la o temperatură de bază de 1.7 K, oferind în același timp o izolare de vârf împotriva vibrațiilor și opțiuni flexibile de acces optic la spațiul de probă.
Pentru context, competența de bază a ICEoxford este proiectarea și dezvoltarea sistemelor criogenice de ultimă generație pentru a sprijini studii experimentale în diverse aplicații din domeniul științelor fizice - de la calculul cuantic și optica cuantică la supraconductivitate la temperatură înaltă și microscopia cu sonde de scanare (SPM). Totuși, ceea ce diferențiază compania este concentrarea constantă pe serviciul pentru clienți și inovarea în colaborare, susține Paul Kelly, director tehnic la ICEoxford. „Pune altfel”, adaugă el, „colaborăm direct cu oamenii de știință pentru a le înțelege cerințele la un nivel granular, oferindu-le încredere că putem livra sistemul optim în raport cu bugetul și specificațiile tehnice.”
Prioritizarea stabilității și flexibilității
Acest model de colaborare de dezvoltare a produsului stă la baza specificațiilor tehnice ale DRY ICE DYAD - nu în ultimul rând atunci când vine vorba de performanța la vibrații ultrascăzute (la <10 nm). Cheia succesului aici este unitatea de probă care este ținută separat pe o masă optică, astfel încât să fie izolată de capul rece și corpul principal al criostatului (și conectată doar printr-o legătură termică moale pentru a reduce și mai mult vibrațiile). „Abordarea noastră de proiectare este de a decupla complet criostatul de mediul eșantionului”, explică Kelly. „Criostatul se află pe podeaua laboratorului, cu spațiul de probă situat pe masa optică adiacentă.”
De fapt, stabilitatea oferă una dintre temele de design generale ale DRY ICE DYAD. „În timp ce clienții noștri științifici au toți cerințe unice”, notează Kelly, „toți caută în cele din urmă stabilitate în trei coordonate principale. Gândiți-vă la stabilitatea aspiratorului – un aspirator curat și de încredere. Gândiți-vă la stabilitatea temperaturii – de la temperatura de bază foarte scăzută până la 300 K. Gândiți-vă la stabilitatea mecanică – deoarece în cercetarea cuantică chiar și cele mai mici vibrații pot duce la eșecul efectelor cuantice.”
Flexibilitatea operațională este un alt aspect de proiectare care este în față și în centru în DRY ICE DYAD. Un exemplu concret: utilizatorul final poate comuta mediul spațiului de probă între un modul de schimb de gaz cu încărcare superioară și un modul de vid în câteva ore - un aranjament care asigură o răcire criogenică versatilă pentru a se alinia cercetărilor adesea conflictuale. priorități în laboratoarele aglomerate.
În ceea ce privește specificul, modulul de schimb de gaz cu încărcare superioară este un design patentat care permite schimbarea probei fără a încălzi corpul principal al criostatului, permițând astfel un timp de răcire a probei de 2 ore. Manipularea și rotația probelor sunt, de asemenea, posibile în până la șase axe, împreună cu acces optic cu deschidere numerică mare și câmpuri magnetice de până la 9 T.
Între timp, modulul de probă în vid include o placă rece cu diametrul de 150 mm pe care este montată proba (cu o legătură termică directă la criostat). Spațiul de probă este accesat prin ridicarea plăcii exterioare de vid și a scutului de radiații, în timp ce modulul de eșantionare cu încărcare superioară (o unitate bazată pe sondă) permite schimbarea probei fără a încălzi întregul sistem. Integrarea nanopoziționarelor la temperatură joasă și până la trei obiective facilitează mișcarea și manipularea probei.
„Criostatul este într-adevăr configurat pentru a gestiona două tipuri diferite de experiment – sub gaz de schimb și sub vid”, notează Kelly. „Gazul de schimb permite o schimbare rapidă și studii preliminare ale mostrelor care sunt, de cele mai multe ori, un precursor al experimentelor de durată mai lungă [zile sau chiar săptămâni] sub vid.”
Magnetism pe măsură
Pe lângă răcire, magneții supraconductori sunt o parte integrantă a sistemului DRY ICE DYAD, ICEoxford oferind o gamă de magneți cu solenoizi, perechi despărțiți și magneți cu rotație vectorială până la o putere de câmp de 9 T. În timp ce studiile asupra proprietăților magnetice la temperaturi ultra-scăzute sunt date, mulți oameni de știință doresc, de asemenea, să efectueze investigații optice simultane ale materialelor lor - nu atât de ușor dacă proba este așezată în bobina mare a unui magnet solenoid.
O opțiune, de exemplu, este să încărcați proba în orificiul unui magnet cu pereche divizată pentru a permite experimente de spectroscopie cu laser în modul de transmisie sau reflexie. Utilizarea magneților cu rotație vectorială în două sau trei căi oferă o flexibilitate suplimentară, cei din urmă putând genera un câmp magnetic în trei direcții discrete. În acest fel, este posibil să se mențină eșantionul staționar în timp ce câmpul magnetic este variat în jurul său - o caracteristică cheie atunci când se studiază un anumit plan dintr-o rețea cristalină sau dacă căldura generată de rotația probei este o sursă de interferență pentru scară mică. măsurători de conductivitate electrică.
O altă caracteristică notabilă a DRY ICE DYAD este accentul pus pe automatizare, cu software-ul bazat pe LabVIEW utilizat pentru a controla și monitoriza temperatura. „Acest lucru a fost dezvoltat ținând cont de client”, conchide Kelly, „pentru a reduce timpul de instalare și de funcționare al sistemului, crescând în același timp productivitatea laboratorului.” În plus, este posibil să adăugați caracteristici la software, cum ar fi controlul integrat pentru magnetul supraconductor, precum și automatizarea încărcării superioare și răcirea sondei.
Personalizările specifice includ o opțiune pentru până la șase porturi suplimentare în jurul sistemului optic, pentru a permite utilizatorilor finali să integreze cabluri de curent continuu, cabluri coaxiale sau fibre optice, după cum este necesar. Utilizatorii pot solicita, de asemenea, până la cinci ferestre optice cu diametru variabil într-o gamă largă de materiale.
„Inovarea produselor este în curs de desfășurare cu DRY ICE DYAD”, conchide Kelly. „Avem deja temperaturi de bază de 1.6 K și 1.5 K în vizor pe foaia de parcurs de dezvoltare.”
