Hiệu suất rung cực thấp và tính linh hoạt trong vận hành là những đặc điểm xác định của bộ điều nhiệt chu kỳ kín mới nhất của ICEoxford
Trong khi thủy ngân đạt mức cao kỷ lục ở Anh trong mùa hè, các kỹ sư phát triển tại ICoxford đã được đặt trong phòng thí nghiệm R&D mát mẻ, mang đến sự hoàn thiện khởi sắc cho sản phẩm mới nhất của công ty về chế độ nhiệt độ cực thấp. Sản phẩm được đề cập, ĐÁ KHÔ, là một hệ thống làm lạnh chu trình kín có khả năng làm mát đến nhiệt độ cơ bản 1.7 K trong khi cung cấp khả năng cách ly rung động tiên tiến và các tùy chọn truy cập quang học linh hoạt cho không gian mẫu.
Đối với bối cảnh, năng lực cốt lõi của ICEoxford là thiết kế và phát triển các hệ thống đông lạnh cao cấp để hỗ trợ các nghiên cứu thực nghiệm trên các ứng dụng đa dạng trong khoa học vật lý – từ điện toán lượng tử và quang học lượng tử đến kính hiển vi đầu dò quét và siêu dẫn nhiệt độ cao (SPM). Tuy nhiên, điều làm nên sự khác biệt của công ty là sự tập trung không ngừng vào dịch vụ khách hàng và đổi mới hợp tác, Paul Kelly, giám đốc kỹ thuật của ICEoxford, tuyên bố. “Nói cách khác,” anh ấy nói thêm, “chúng tôi làm việc trực tiếp với các nhà khoa học để hiểu các yêu cầu của họ ở mức độ chi tiết, giúp họ tin tưởng rằng chúng tôi có thể cung cấp hệ thống tối ưu so với ngân sách và thông số kỹ thuật của họ.”
Ưu tiên sự ổn định và linh hoạt
Mô hình hợp tác phát triển sản phẩm đó củng cố các thông số kỹ thuật của DRY ICE DYAD – nhất là khi nói đến hiệu suất rung cực thấp (ở <10 nm). Chìa khóa thành công ở đây là đơn vị mẫu được giữ riêng trên bàn quang học, sao cho nó được cách ly với đầu lạnh và thân chính của bộ điều hòa nhiệt độ (và chỉ được kết nối bằng liên kết nhiệt mềm để giảm rung hơn nữa). Kelly giải thích: “Phương pháp thiết kế của chúng tôi là tách rời hoàn toàn bộ điều hòa nhiệt độ khỏi môi trường mẫu. “Bộ điều hòa nhiệt độ đặt trên sàn phòng thí nghiệm, với không gian mẫu nằm trên bàn quang học liền kề.”
Trên thực tế, tính ổn định cung cấp một trong những chủ đề thiết kế tổng thể của DRY ICE DYAD. Kelly lưu ý: “Mặc dù các khách hàng khoa học của chúng tôi đều có những yêu cầu riêng, nhưng cuối cùng thì tất cả họ đều tìm kiếm sự ổn định dọc theo ba tọa độ chính. Hãy nghĩ đến sự ổn định của chân không – một chân không sạch sẽ, đáng tin cậy. Hãy nghĩ đến sự ổn định nhiệt độ – từ nhiệt độ cơ sở rất thấp cho đến 300 K. Hãy nghĩ đến sự ổn định cơ học – bởi vì trong nghiên cứu lượng tử, ngay cả những rung động nhỏ nhất cũng có thể khiến các hiệu ứng lượng tử thất bại.”
Tính linh hoạt trong vận hành là một yếu tố thiết kế khác được xem xét hàng đầu và là trung tâm trong DRY ICE DYAD. Một trường hợp điển hình: người dùng cuối có thể chuyển đổi môi trường không gian mẫu giữa mô-đun khí trao đổi tải hàng đầu và mô-đun chân không trong vòng vài giờ – một sự sắp xếp đảm bảo làm mát bằng phương pháp đông lạnh linh hoạt để phù hợp với nghiên cứu thường mâu thuẫn ưu tiên trong các phòng thí nghiệm bận rộn.
Về các chi tiết cụ thể, mô-đun trao đổi khí nạp phía trên là một thiết kế đã được cấp bằng sáng chế cho phép thay đổi mẫu mà không làm nóng phần thân chính của bộ phận làm lạnh, do đó cho phép thời gian làm nguội mẫu là 2 giờ. Thao tác và xoay mẫu cũng có thể thực hiện được trong tối đa sáu trục cùng với truy cập quang học khẩu độ số cao và từ trường lên đến 9 T.
Trong khi đó, mô-đun mẫu trong chân không bao gồm một tấm lạnh có đường kính 150 mm mà mẫu được gắn trên đó (có liên kết nhiệt trực tiếp với bộ phận làm lạnh). Không gian mẫu được tiếp cận bằng cách nâng tấm chân không bên ngoài và tấm chắn bức xạ, trong khi mô-đun mẫu nạp phía trên (đơn vị dựa trên đầu dò) cho phép thay đổi mẫu mà không làm nóng toàn bộ hệ thống. Việc tích hợp các bộ định vị nano nhiệt độ thấp và tối đa ba vật kính tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển và thao tác mẫu.
Kelly lưu ý: “Bộ điều hòa nhiệt độ thực sự được thiết lập để xử lý hai loại thí nghiệm khác nhau – dưới khí trao đổi và trong chân không. “Khí trao đổi cho phép quay vòng nhanh và nghiên cứu mẫu sơ bộ, thường là tiền thân của các thí nghiệm dài hơn [ngày hoặc thậm chí vài tuần] trong chân không.”
Từ tính tùy chỉnh
Để làm mát, nam châm siêu dẫn là một phần không thể thiếu của hệ thống DRY ICE DYAD, với ICEoxford cung cấp nhiều loại nam châm điện từ, nam châm tách đôi và xoay vectơ có cường độ trường lên đến 9 T. Trong khi các nghiên cứu về tính chất từ tính ở nhiệt độ cực thấp đã được đưa ra, nhiều nhà khoa học cũng muốn thực hiện các nghiên cứu quang học đồng thời về vật liệu của họ – không dễ dàng nếu mẫu được đặt trong cuộn dây lớn của nam châm điện từ.
Ví dụ, một lựa chọn là nạp mẫu vào lỗ của nam châm tách đôi để cho phép thí nghiệm quang phổ laze ở chế độ truyền hoặc phản xạ. Việc sử dụng nam châm xoay vectơ hai hoặc ba chiều mang lại tính linh hoạt cao hơn, với loại sau có thể tạo ra từ trường theo ba hướng riêng biệt. Bằng cách này, có thể giữ mẫu đứng yên trong khi từ trường xung quanh nó thay đổi – một tính năng chính khi nghiên cứu một mặt phẳng cụ thể trong mạng tinh thể hoặc nếu nhiệt sinh ra do quay mẫu là nguồn gây nhiễu cho quy mô nhỏ phép đo độ dẫn điện.
Một tính năng đáng chú ý khác của DRY ICE DYAD là nhấn mạnh vào tự động hóa, với phần mềm dựa trên LabVIEW được sử dụng để kiểm soát và theo dõi nhiệt độ. Kelly kết luận: “Điều này đã được phát triển có tính đến khách hàng, để giảm thời gian thiết lập và quay vòng của hệ thống đồng thời tăng năng suất của phòng thí nghiệm.” Hơn nữa, có thể thêm các tính năng vào phần mềm như điều khiển tích hợp cho nam châm siêu dẫn cũng như tự động hóa quá trình làm mát đầu dò và tải trên cùng.
Các tùy chỉnh cụ thể bao gồm tùy chọn cho tối đa sáu cổng bổ sung xung quanh hệ thống quang học để cho phép người dùng cuối tích hợp dây DC, cáp đồng trục hoặc sợi quang khi cần. Người dùng cũng có thể yêu cầu tối đa năm cửa sổ quang học có đường kính khác nhau trong nhiều loại vật liệu.
Kelly kết luận: “Đổi mới sản phẩm đang diễn ra với DRY ICE DYAD. “Chúng tôi đã có nhiệt độ cơ sở 1.6 K và 1.5 K trong tầm ngắm của chúng tôi trên lộ trình phát triển.”
