自1994年Quantum Design在美國圣地亞哥首次發(fā)布綜合物性測量系統(tǒng)PPMS以來，從開始的灌液氦系統(tǒng)到現(xiàn)在的完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng)-DynaCool，已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的歷史。在這幾十年的發(fā)展歷程中，設(shè)備在物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，幫助科研工作者取得了巨大的成功。在過去的30年間，PPMS系列設(shè)備在全球銷售安裝了1500余套，在中國地區(qū)也有近300套，正不斷助力和見證一個又一個科學(xué)前沿的突破和新材料研發(fā)的浪潮。
綜合物性測量系統(tǒng)PPMS系列設(shè)備發(fā)展歷程
在上世紀(jì)80年代末90年代初，凝聚態(tài)物理領(lǐng)域迎來了爆炸式的增長，從銅氧化物高溫超導(dǎo)材料到錳氧化物的巨磁阻效應(yīng)，越來越多的科研工作者進(jìn)入到了低溫實驗物理的大軍之中。僅僅能夠用于磁學(xué)性質(zhì)測量的MPMS系統(tǒng)已經(jīng)不再能夠滿足各類材料性質(zhì)探索的需求。
1994年一款基于低溫強(qiáng)磁場環(huán)境的開放式設(shè)計多功能測量的平臺也在Quantum Design緊鑼密鼓的研發(fā)之下誕生了。首臺PPMS設(shè)備于1994年2月安裝在普渡大學(xué)Purdue University，開始的PPMS系統(tǒng)設(shè)計采用了液氦制冷，能夠提供液氦溫區(qū)的極低溫和強(qiáng)磁場環(huán)境，相比當(dāng)時諸多簡單的低溫磁體系統(tǒng)，PPMS測量系統(tǒng)有著更加優(yōu)異的控溫機(jī)制，可以進(jìn)行多種物理性質(zhì)測試，如磁性、熱性、電性等。
這一系統(tǒng)的推出，為材料和物理學(xué)研究帶來了一場革命性的變革，研究人員可以更加簡便的實現(xiàn)極低溫和強(qiáng)磁場環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上深入地了解材料的性質(zhì)和特性，推動了物理學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。
綜合物性測量系統(tǒng)PPMS加注液氦
步入2000年，大量低溫相關(guān)的儀器設(shè)備不斷涌現(xiàn)，從極低溫制冷到大型磁體系統(tǒng)、醫(yī)用設(shè)備等，液氦消耗量以肉眼可見的速度不斷攀升，而作為一個稀缺不可再生資源，其價格也不斷水漲船高，到2005年短短5年時間，液氦價格就翻了一倍。
Quantum Design從90年代末就意識到了這一點，開始了對PPMS產(chǎn)品線的液氦閉循環(huán)設(shè)計研發(fā)，1998年Quantum Design公司成功利用GM制冷機(jī)實現(xiàn)了液氦的閉循環(huán)利用，并推出了市面上液氦閉循環(huán)的低溫磁體系統(tǒng)MPMS EverCool，并在隨后的2000年推出了PPMS的EverCool解決方案，受到了世界范圍內(nèi)科學(xué)家的青睞。在提供更加穩(wěn)定和可靠的溫度控制的同時也減少了對昂貴的液氦的需求，降低了成本和使用難度。
綜合物性測量系統(tǒng)PPMS EverCool 1代系統(tǒng)
2008年Quantum Design為了進(jìn)一步減少低溫設(shè)備的使用保養(yǎng)成本，對EverCool系統(tǒng)進(jìn)行了大幅升級，采用變頻式技術(shù)能夠有效延緩GM制冷機(jī)的冷頭損耗從而降低日常維護(hù)費用。
綜合物性測量系統(tǒng)PPMS EverCool 2代系統(tǒng)
2000年后，隨著商用化脈管制冷機(jī)技術(shù)的逐漸成熟，其極低的震動和更長的維護(hù)周期引發(fā)了低溫設(shè)備廠商的廣泛關(guān)注。Quantum Design也在歷經(jīng)近10年的研發(fā)歷程后，于2010年推出完全無液氦設(shè)計的PPMS DynaCool，大幅提升系統(tǒng)制冷量的同時也為系統(tǒng)帶來了更低的震動噪聲和更少的氦氣消耗。
2010年發(fā)布的完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng)PPMS-DynaCool
Quantum Design中國北京樣機(jī)實驗室的完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng)PPMS-DynaCool
此外Quantum Design在保持綜合物性測量系統(tǒng)PPMS系統(tǒng)一貫良好繼承性基礎(chǔ)上，不斷開發(fā)新的測量選件：將磁學(xué)測量溫區(qū)拓展到1000K到50mK，覆蓋了整個極低溫至高溫溫度段。
稀釋制冷機(jī)專用交流磁化率選件及測量數(shù)據(jù)
引入高頻微波配合微波源能夠?qū)Χ喾N鐵磁薄膜、自旋電子學(xué)器件進(jìn)行頻率相關(guān)的鐵磁共振及自旋泵浦的測量。
鐵磁共振測量功能選件
皮米精度的膨脹系數(shù)測量功能能夠?qū)崿F(xiàn)變溫變磁場環(huán)境下的膨脹系數(shù)測量。
膨脹系數(shù)測量功能選件及數(shù)據(jù)
等靜壓電學(xué)和磁學(xué)測量高壓樣品腔成為了新興超導(dǎo)材料探索的有力武器。
高壓磁學(xué)和電學(xué)測量功能組件
中科大用戶實驗室PPMS設(shè)備照片
直至今日，從零開始搭建一個低溫磁場實驗測量平臺依然不易，從硬件到編程到調(diào)試的每一個步驟可能都會遇到各種各樣的挫折。在花費大量精力和成本后可能實驗設(shè)備的可靠性、工作效率和可拓展性都較難令人滿意，而一但需要交付給課題組的其他成員，培訓(xùn)過程又極其繁瑣。而歷經(jīng)30年迭代成熟的PPMS產(chǎn)品從開箱安裝到滿負(fù)荷工作僅需短短2-3天的時間，即便是從未接觸過低溫實驗的用戶也僅僅只需要一周甚至更短的時間就能獨立利用設(shè)備開展科研工作。讓廣大科研用戶能把工作的重心充分投入到對物理材料科學(xué)領(lǐng)域的探索之中。
30年濕式灌液氦設(shè)計的PPMS即將完成它的使命，而采用全新無液氦干式設(shè)計的完全無液氦物性測量系統(tǒng)PPMS DynaCool系統(tǒng)將繼續(xù)譜寫新的征程。
相關(guān)產(chǎn)品
1. 綜合物性測量系統(tǒng)-PPMS：http://www.buyu5683.com/product/20160315741.shtml
2. 完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng)-DynaCool：http://www.buyu5683.com/product/20191202210.shtml
