自1994年Quantum Design在美國圣地亞哥發(fā)布綜合物性測量系統(tǒng)PPMS以來，從最初的灌液氦系統(tǒng)到現(xiàn)在的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(gè)又一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(jì)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。第一臺PPMS設(shè)備于1994年2月安裝在普渡大學(xué)Purdue University，最初的PPMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(dòng)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(gè)稀缺資源，其價(jià)格也不斷水漲船高，到2005年短短5年時(shí)間，液氦價(jià)格就翻了一倍。

Quantum Design從90年代末就意識到了這一點(diǎn)，開始了對PPMS產(chǎn)品線的液氦閉循環(huán)設(shè)計(jì)研發(fā)，1998年Quantum Design公司成功利用GM制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了液氦的閉循環(huán)利用，并推出了市面上早先液氦閉循環(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(shí)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(fèi)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(dòng)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年推出無液氦設(shè)計(jì)的PPMS DynaCool，大幅提升系統(tǒng)制冷量的同時(shí)也為系統(tǒng)帶來了更低的震動(dòng)噪聲和更少的氦氣消耗。

2010年發(fā)布的無液氦綜合物性測量系統(tǒng)PPMS-DynaCool

Quantum Design中國北京樣機(jī)實(shí)驗(yàn)室的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(gè)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)材料探索的有力裝備。

高壓磁學(xué)和電學(xué)測量功能組件

中科大用戶實(shí)驗(yàn)室PPMS設(shè)備照片

直至今日，從零開始搭建一個(gè)低溫磁場實(shí)驗(yàn)測量平臺依然不易，從硬件到編程到調(diào)試的每一個(gè)步驟可能都會遇到各種各樣的挫折。在花費(fèi)大量精力和成本后可能實(shí)驗(yàn)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(shí)間，即便是從未接觸過低溫實(shí)驗(yàn)的用戶也僅僅只需要一周甚至更短的時(shí)間就能獨(dú)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(jì)的PPMS即將完成它的使命，而采用全新無液氦干式設(shè)計(jì)的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：https://www.chem17.com/product/detail/16863092.html

2、無液氦綜合物性測量系統(tǒng)-DynaCool：https://www.chem17.com/product/detail/16863022.html