集磁、電、熱測量多功于一體的振動樣品磁強計---VersaLab

集磁、電、熱測量多功于一體的振動樣品磁強計---VersaLab

美國Quantum Design公司是由一臺SQUID磁強計的設(shè)計者創(chuàng)立，坐落于美國加州圣迭戈市。在公司成立的二十多年里，Quantum Design公司專注于打造兩種產(chǎn)品線—SQUID磁學(xué)測量系統(tǒng)（MPMS）和綜合物性測量系統(tǒng)（PPMS），它們已經(jīng)成為研究領(lǐng)域?qū)嶒灁?shù)據(jù)可靠的標志，被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)及材料科學(xué)等眾多研究領(lǐng)域，遍布幾乎所相關(guān)實驗室。2007年1月美國Quantum Design公司鄭重推出了第三種產(chǎn)品—多功能振動樣品磁強計（VSM）—VersaLab，它是Quantum Design公司推出的種無液氦多功能振動樣品磁強計系統(tǒng)，磁場為3 T，溫度范圍為50~400 K?？梢匀詣痈呔鹊倪M行磁、電、熱等多種物性測量。

從某種意義上來說，VersaLab也是一種經(jīng)濟型的PPMS系統(tǒng)（Quantum Design公司一種廣為認可的材料研究大平臺），因為VersaLab上的測量選件如磁學(xué)、電輸運、比熱等都是從PPMS上移植過來的，是非常成熟可靠的技術(shù)，經(jīng)過了長時間的實驗檢驗，這些測量方法的可靠性和便捷性在過去的十幾年中已經(jīng)得到世界科學(xué)界的廣泛認可。與PPMS相比，VersaLab的測量功能和精度幾乎*相同，只不過磁場略低、溫區(qū)略窄，但產(chǎn)品的諸多新特點使得用戶的購買成本和運行成本大大降低。

主要特征

1．集合磁、電學(xué)、熱等高精度測量，功能強大

2．50-1000K測量全程無需液氦或液氮，（微型制冷機冷卻超導(dǎo)磁體以及樣品室）

3．技術(shù)提供更高溫度控制精度

4．超導(dǎo)磁體提供更均勻的背景磁場

5． 高低溫下均可達到3特斯拉磁場

6．無磁極間距調(diào)整及鞍區(qū)調(diào)整等復(fù)雜操作

7．高磁場下長期運行也無需冷卻水

8．單相電源供電(220V)能耗小(2.4KW)

9．體積小巧，便于移動(重86 kg高1.31m)；

研發(fā)科學(xué)家Dr. Jim O’brien 和VersaLab，從中可以看出設(shè)備非常小巧。

豐富多樣的選件：

樣品水平旋轉(zhuǎn)桿選件(磁學(xué)、電學(xué)測量)

VersaLab上的樣品水平旋轉(zhuǎn)桿選件是用于測量與角度相關(guān)聯(lián)的電和磁性質(zhì)，例如電阻率、霍爾效應(yīng)、臨界電流、伏安特性以及磁各向異性等。樣品安裝在能夠輕易拆裝的帶有鍍金引線的樣品板上，僅需要將特定功能的樣品板插入到旋轉(zhuǎn)臺上就能進行角度相關(guān)測量，在測量的過程中轉(zhuǎn)桿由步進馬達控制按照輸入的轉(zhuǎn)動精度進行全自動轉(zhuǎn)動。

技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)角范圍： -10° to 370°

角度轉(zhuǎn)動步長： 0.05°或0.0045° (高精度)

轉(zhuǎn)動重復(fù)性： < 1.0°

轉(zhuǎn)動速度： 10°每秒或1°每秒(高精度)

VSM 高溫爐選件

VersaLab上VSM的高溫爐選件用于擴展磁學(xué)測量的溫度區(qū)間，可以達到1000K。采用的樣品腔真空絕熱技術(shù)而沒有采用任何加熱爐腔，既沒有引入噪聲源保證了高溫磁測量精度而且操作非常簡單易行。

高溫磁學(xué)測量技術(shù)參數(shù)

穩(wěn)定工作溫度： 300-1100K

均方根靈敏度： <10-5 emu

噪音基： <10-5 emu rms

溫度測量精確度： 0.5K

電輸運測量選件

磁、電測量往往密不可分，VersaLab系統(tǒng)推出的VersaLab電測量選件，允許用戶在50-400K，±3T的系統(tǒng)環(huán)境下全自動的進行諸如電阻、微分電阻（非線性電阻）、磁電阻、伏安特性和霍爾效應(yīng)等各種電學(xué)測量。

噪聲基： 1 nV/rtHz

電壓輸出范圍：± 4.5 V (一倍增益時)

電流范圍： 10nA-100mA 持續(xù)操作

頻率范圍： 直流或交流（0.1Hz-200Hz）

電阻測量精度：0.1% (R < 200 kΩ)

0.2% (R > 200 kΩ)

相對靈敏度： ± 10 nΩ RMS (typical)

電阻測量范圍：四線法10-8Ω-106Ω

二線法106Ω-5X109Ω

比熱測量選件

比熱是非常重要的物理量，但是實驗上很難獲得高品質(zhì)的比熱測量數(shù)據(jù)。Quantum Design公司采用了熱馳豫法，使的雙τ模型技術(shù)對馳豫曲線進行擬合，全自動快速精確地獲得變溫和變場下的高質(zhì)量比熱數(shù)據(jù)，該項技術(shù)曾獲得1998年世界“R&D100”大獎。

測量溫度范圍：50-400K

磁場范圍： ±3T

樣品尺寸： 1mg - 500mg（典型值20mg）

測量靈敏度： 10nJ/K @2K

測量精度： <5% @2K - 300K（典型值<2%）

熱輸運測量選件

熱輸運選件可以同時測量樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、Seebeck系數(shù)（熱電勢）和交流電阻率，并根據(jù)這三個數(shù)據(jù)計算出熱電材料的品質(zhì)因子。樣品測量采用樣品托的方式，并配套有專用的樣品安裝工具

技術(shù)參數(shù)

熱傳導(dǎo)測量精度：± 5 %

Seebeck系數(shù)測量精度：± 5 %

Seebeck系數(shù)測量范圍：1 μV/K - 1 V/K

品質(zhì)因子測量精度：± 15 %（取決于S）

多功能樣品桿選件

多功能樣品桿能夠方便用戶將外接儀表的電源引線、信號采集線、光纖、微波導(dǎo)管等引入VersaLab系統(tǒng)的樣品室內(nèi)，從而可以進行例如鐵電、介電、激光或微波輻照下的電輸運等測量。

VersaLab與傳統(tǒng)電磁鐵VSM對比：