Ultra düşük titreşim performansı ve operasyonel esneklik, ICEoxford'un en yeni kapalı çevrim kriyostatının özelliklerini tanımlıyor
Birleşik Krallık'ta cıva yaz boyunca rekor seviyelere ulaşırken, geliştirme mühendisleri ICE Oxford Ar-Ge laboratuvarının serinliğinde saklandı ve şirketin ultra düşük sıcaklık rejimleri için sunduğu en son ürünlere son güzellikler eklendi. Söz konusu ürün, KURU BUZ DYAD, numune alanına en son teknoloji titreşim yalıtımı ve esnek optik erişim seçenekleri sunarken 1.7 K taban sıcaklığına kadar soğutma yapabilen kapalı çevrim bir kriyostat sistemidir.
Bağlam açısından, ICEoxford'un temel yetkinliği, kuantum hesaplama ve kuantum optiğinden yüksek sıcaklıklı süper iletkenliğe ve taramalı prob mikroskobuna (SPM) kadar fiziksel bilimlerdeki çeşitli uygulamalarda deneysel çalışmaları desteklemek için üst düzey kriyojenik sistemlerin tasarımı ve geliştirilmesidir. ICEoxford'un baş teknik sorumlusu Paul Kelly, şirketi farklı kılan şeyin müşteri hizmetleri ve işbirliğine dayalı inovasyona durmaksızın odaklanması olduğunu söylüyor. "Başka bir deyişle," diye ekliyor, "gereksinimlerini ayrıntılı bir düzeyde anlamak için bilim insanlarıyla doğrudan çalışıyoruz ve onlara bütçelerine ve teknik özelliklerine göre optimum sistemi sunabileceğimize dair güven veriyoruz."
Kararlılık ve esnekliğe öncelik vermek
Bu işbirlikçi ürün geliştirme modeli, DRY ICE DYAD'ın teknik özelliklerinin temelini oluşturur - özellikle ultra düşük titreşim performansı (<10 nm'de) söz konusu olduğunda. Burada başarının anahtarı, numune ünitesinin optik bir masa üzerinde ayrı olarak tutulmasıdır, böylece soğuk başlıktan ve kriyostatın ana gövdesinden izole edilir (ve titreşimi daha da azaltmak için sadece yumuşak bir termal bağlantı ile bağlanır). Kelly, "Tasarım yaklaşımımız, kriyostatı numune ortamından tamamen ayırmaktır" diye açıklıyor. "Kriyostat, bitişik optik masada bulunan numune alanı ile laboratuvar zemininde oturuyor."
Aslında stabilite, DRY ICE DYAD'ın kapsayıcı tasarım temalarından birini sağlar. Kelly, "Bilimsel müşterilerimizin hepsinin benzersiz gereksinimleri olsa da, sonuçta hepsi üç ana koordinatta istikrar arıyorlar" diyor. Vakum kararlılığını düşünün – temiz, güvenilir bir vakum. Çok düşük taban sıcaklığından 300 K'ye kadar olan sıcaklık kararlılığını düşünün. Mekanik kararlılığı düşünün çünkü kuantum araştırmalarında en küçük titreşimler bile kuantum etkilerinin başarısız olmasına neden olabilir.”
Operasyonel esneklik, DRY ICE DYAD'da öne çıkan bir diğer tasarım unsurudur. Konuyla ilgili bir örnek: son kullanıcı, birkaç saat içinde üstten yüklemeli bir değişim gazı modülü ile bir vakum modülü arasında numune alanı ortamını değiştirebilir - genellikle çelişkili araştırmalarla uyum sağlamak için çok yönlü kriyojenik soğutma sağlayan bir düzenleme yoğun laboratuvarlarda öncelikler.
Spesifikasyonlar açısından, üstten yüklemeli değişim gazı modülü, kriyostatın ana gövdesini ısıtmadan numunenin değiştirilmesine izin veren ve böylece 2 saatlik numune soğuma süresi sağlayan patentli bir tasarımdır. Yüksek sayısal açıklıklı optik erişim ve 9 T'ye kadar manyetik alanların yanı sıra altı eksene kadar numune işleme ve döndürme de mümkündür.
Bu arada, vakumda numune modülü, numunenin üzerine monte edildiği (kriyostata doğrudan bir termal bağlantı ile) 150 mm çapında bir soğuk plaka içerir. Numune alanına, dış vakum plakası ve radyasyon kalkanı kaldırılarak erişilirken, üstten yüklemeli numune modülü (prob tabanlı bir ünite), tüm sistemi ısıtmadan numune değişikliklerini mümkün kılar. Düşük sıcaklıklı nanopozisyonerlerin ve üç adede kadar hedefin entegrasyonu, numune hareketini ve manipülasyonu kolaylaştırır.
Kelly, "Kriyostat gerçekten iki farklı deney türünü idare edecek şekilde ayarlandı - değişim gazı altında ve vakum altında" diyor. "Değişim gazı, hızlı geri dönüşe ve daha sık olmamakla birlikte, vakum altında daha uzun süreli deneylerin [günler hatta haftalar] öncüsü olan ön numune çalışmalarına izin verir."
Ölçüye göre manyetizma
Soğutma bir yana, süper iletken mıknatıslar, DRY ICE DYAD sisteminin ayrılmaz bir parçasıdır ve ICEoxford, 9 T alan gücüne kadar bir dizi solenoid, ayrık çift ve vektör döndürmeli mıknatıs sunar. Ultra düşük sıcaklıklardaki manyetik özelliklerin incelenmesi belli olmakla birlikte, birçok bilim adamı aynı zamanda malzemelerinin eş zamanlı optik araştırmalarını da yapmak istiyor - numune bir solenoid mıknatısın büyük bobini içine yerleştirilmişse o kadar kolay değil.
Örneğin bir seçenek, iletim veya yansıma modunda lazer spektroskopi deneylerine izin vermek için numuneyi ayrık çift mıknatısın deliğine yüklemektir. İki veya üç yollu vektör döndürmeli mıknatısların kullanımı, üçüncüsü üç ayrı yönde bir manyetik alan oluşturabilen daha fazla esneklik sağlar. Bu şekilde, etrafındaki manyetik alan değişirken numuneyi sabit tutmak mümkündür - bir kristal kafes içinde belirli bir düzlemi incelerken veya numune dönüşü tarafından üretilen ısı küçük ölçekli bir girişim kaynağıysa, kilit bir özelliktir. elektriksel iletkenlik ölçümleri.
DRY ICE DYAD'ın bir diğer dikkate değer özelliği, sıcaklığı kontrol etmek ve izlemek için kullanılan LabVIEW tabanlı yazılım ile otomasyona vurgu yapmasıdır. Kelly, "Bu, laboratuvar üretkenliğini artırırken sistemin kurulum ve geri dönüş süresini azaltmak için müşteri düşünülerek geliştirildi." Dahası, yazılıma süper iletken mıknatıs için entegre kontrol ve ayrıca üstten yükleme ve prob soğumasını otomatikleştirme gibi özellikler eklemek mümkündür.
Özel özelleştirmeler, son kullanıcıların DC kablolarını, koaksiyel kabloları veya optik fiberleri gerektiği gibi entegre etmelerini sağlamak için optik sistem çevresinde altı adede kadar ek bağlantı noktası seçeneği içerir. Kullanıcılar ayrıca çeşitli malzemelerde değişen çaplarda beş adede kadar optik pencere talep edebilir.
Kelly, "DRY ICE DYAD ile ürün inovasyonu devam ediyor" diyerek sözlerini sonlandırıyor. "Geliştirme yol haritasında şimdiden 1.6 K ve 1.5 K temel sıcaklıklara sahibiz."
