低温物理与技术-第5章低温恒温器分析报告.ppt

MPMS(SQUID)XL系统的多铁性材料测量 西班牙CSIC研究所等单位的科研人员用MPMS(SQUID)XL系统在2K温度时不同偏压下测量了Py/YMO/Pt样品磁滞回线。圈和箭头部分证明了样品在外加电场下，磁化曲线会出现预期的变化，表明了在合适的电场偏压下，Py的磁矩可能会反转。 ? 用MPMS(SQUID)XL系统在2K和-100Oe时测量的Py/YMO/Pt样品磁化强度与外加偏压的变化关系。箭头部分表明了样品的磁矩发生了非常明显的变化，说明外加电场可以强烈影响样品交换磁异向的变化。 PRL 97, 227201 (2006) ??????????????? New Journal of Physics,?13 (2011) 033008 J J Ying, X F Wang, X G Luo, Z Y Li, Y J Yan, M Zhang, A F Wang, P Cheng, G J Ye, Z J Xiang, R H Liu and X H Chen CsxFe2Se2单晶在不同压力下的电阻随温度变化曲线 KxFe2Se2单晶在不同压力下的电阻随温度变化曲线 PPMS电测量高压腔 在PPMS系统专用稀释制冷机上进行的极低温比热测量曲线 PPMS上的介电测量 美国Rutgers大学的科研人员用PPMS研究了TbMn2O5样品磁化率、比热以及介电常数等随温度的变化关系，这些数据均说明了Mn3+/Mn4+自旋耦合在40K时发生了长程反铁磁有序行为。 Nature Vol420 395 美国杜邦研发中心的科研人员用PPMS研究了La2NiMnO6样品在10kHz和不同磁场强度下介电常数随温度的变化关系，说明了样品介电常数发生跃变的温度和磁场有依赖关系。 Adv. Mater. 2005 17 2225-2227 试样绝热时所使用的金属杜瓦瓶 a．支撑板；b．杜瓦；C．交换气罐；d．辐射屏；e．液氦；f．显微镜；g．钟摆；h．振动隔离；i．超高真空室 Eigler贮液式低温恒温器 热导率测量装置 电阻测量装置 热导率测量装置 电阻测量装置 高真空绝热玻璃杜瓦(可看到液面) 降低液氦消耗量的方法 杜瓦剖面图 5.3 PPMS低温恒温器 PPMS INSERT 低温恒温器的设计 设计低温恒温器时，是根据具体要求来选择合理的结构、传感元件和合适的控温方法。在设计低温恒温器时，首先要明确该恒温器的温度范围；其次是绝热条件。 一般低温恒温器有以下几个性能指标：工作温度、制冷功率、工作寿命(连续工作时间)、重量和尺寸、试样尺寸等。 —般讲，在设计低温恒温器时，首先要对下列因素进行研究确定： (1)在液体浸泡型低温恒温器中，当进行性能测定时另外是否还有其他温度范围的要求； (2)在指定的温度范围内，保持该温度所必需的时间以及温度控制的精度等级； (3)试样周围是否必须进行绝热，或为了传热把低温气体充到试样的周围以达到温度均匀的情况。 (4)为了达到测定的目的，对试样需要采取什么措施?如何安装?例如电流、电压的引线及测量。测定机械性能所需既文掸及可动部分。红外线、可见光线、?射线及粒子射线的射入口设置等问题。 (5)温度测定中，为了进行控制，采用何种类型的温度计及数量。 (6)为了加入磁场，电磁铁两极间的距离和超导线圈的内径尺寸都必须预先确定，它直接限制了低温恒温器的尺寸。由于磁场的变化在恒温器内部的金属中产生涡旋电流它能否破坏绝热，和引起不必要的温度上升。 (7)考虑到低温恒温器的强度、尺寸、费用等因素，确定用玻璃制的或是金属制的杜瓦瓶。 以上这些因素，应根据各个实验目的进行比较最后确定。 低温恒温器设计热计算 低温恒温器的设计中，热设计是非常必要的，因为它直接关系到恒温器的使用性能。它主要涉及系统的漏热量计算，包括引线的漏热量、固体支架的传导热、外部环境引入的辐射热和残余气体的导热等。 低温恒温器的引线主要包括加热器引线、温度计引线、样品测试信号引线等。由引线传导的总热量计算公式 式中?为引线两侧温度分别为T1，T2 时的平均热 导率，w／(m·K)；d、L分别为引线的直径和长 度，m、m；n为引线总数。 引线的漏热量 恒温器的用途和大小也各不相同。因为, 新设计的恒温器, 尽管材料的机械强度、寿命、稳定性是按极端条件来选择, 但必须住意使用的难易程度等方面的高要求，极力防止从恒温器外部漏入的热。 液氦用的恒温器 下面举例说明恒温器漏热的估算 向氦槽和样品部位的固体导热有: 上部的管子, 加热器的引线, 热电偶温度计, 下部的隔片等。 当氦槽周围装上液氮保护屏时, 同时引线也和图示那样在浓氮部位冷却, 那么来自各部份的固体导热大概为: 式中: W c 为漏热