本设备采用立式一体化低温筒机身设计,集成GM制冷机(选配脉冲管)闭环制冷、超导磁体、顶部集成真空/气路阀组、变温样品测量腔(VTI)。设备全程无需液氦消耗,主要面向凝聚态物理、量子材料、自旋电子、超导器件、热电材料等前沿科研领域,可实现低温与强磁场耦合工况下的多物理量同步表征。
整机搭载低GM制冷机或低振动二级脉冲管制冷系统,采用垂直顶部插杆换样结构,可模块化拓展各类专业测量插杆,支持全自动温控、磁场励磁、时序数据采集,可实现7×24小时连续稳定运行。相较于传统液氦浸泡式超导磁体系统,彻底摆脱液氦依赖,大幅降低长期耗材成本与运维难度,是前沿量子材料与低温器件研究的核心平台设备。
【核心优势】
· 干式无液氦闭环设计:彻底摆脱液氦采购、运输、补液、挥发损耗,本设备仅消耗水电,长期科研性价比极高。
· 超低振动低噪声特性:整机振动振幅<1 μm,有效抑制测试噪声,可稳定适配量子器件、二维材料nV级高精度微弱电信号测量。
· 大孔径通用样品腔:φ50 mm大尺寸VTI腔体,兼容全系原厂及定制插杆,一机覆盖电输运、磁光、热电、角分辨、超低温稀释等多类表征,节约设备采购预算。
· 宽温强磁场适配性广:标配1.6 K~300 K宽温区、7 T强磁场,覆盖95%以上凝聚态、量子材料常规科研温场区间,参数可调范围广、适配实验类型多。
· 全自动可编程测试:可搭建无人值守自动化测试序列,支持大批量样品循环测试,大幅减少人工值守,提升科研效率。
· 高效快速换样结构:无需整机回温,仅升温样品腔即可换样,单次换样时长≤30 min,大幅缩短样品迭代测试周期。
· 完善原厂售后保障:三年整机原厂质保,免费上门安装调试、现场操作培训,终身远程软件技术支持,售后体系完善。
【典型应用场景】
二维层状量子材料研究(核心应用)
研究对象涵盖石墨烯、过渡金属硫族化合物TMDs、拓扑绝缘体、二维磁性材料等。可开展低温强磁场霍尔效应测试、载流子迁移率表征、磁阻演化分析、朗道能级分裂观测、整数/分数量子霍尔效应测试、自旋轨道耦合与各向异性输运行为研究。标配7T磁体+24通道电输运插杆可满足常规实验,低振动机身保障微弱二维器件信号稳定采集。
拓扑半金属、强关联材料研究
适配Weyl半金属、Kagome晶格材料、重费米子、强关联氧化物等材料研究。可开展反常霍尔效应、负纵向磁阻、手性输运、磁场诱导相变、低温M-H磁化曲线等测试。搭配7T磁体+360°旋转样品杆,可实现不同磁场夹角下的角分辨输运测试,精准解析晶体各向异性拓扑输运特征。
超导材料与超导器件表征
适用于高温铜基超导体、铁基非常规超导体、超导薄膜、约瑟夫森结、超导量子比特等样品测试。可精准测量超导转变温度Tc、上临界磁场Hc2、磁通钉扎行为、临界电流随温场演化规律、量子隧穿相干特性。
自旋电子学、磁性薄膜、磁存储材料
面向稀磁半导体、多层磁性膜、斯格明子材料、永磁功能材料、GMR/TMR隧穿磁阻薄膜等研究方向。可完成低温巨磁阻、隧穿磁阻、磁畴动力学、低温磁化各向异性测试,搭配磁光插杆可同步观测磁场调控磁畴光学成像;替换6-1-1矢量磁体可实现三维独立磁场自旋操控,适配高端自旋电子学研究。
纳米微电子、量子点器件低温测试
适配纳米线、单电子晶体管、二维自旋场效应管、宽禁带半导体器件等测试。可开展库仑阻塞效应、量子点能级、低温器件载流子输运、器件低温可靠性老化测试。设备支持7×24小时不间断运行,无耗材成本压力,适合长时间器件稳定性、老化循环测试。
热电能源材料开发
针对低温热电块体、薄膜热电材料等新型ZT高效热电体系,搭配专用热电测量插杆,可在1.6~300 K全温区同步获取样品电阻率、塞贝克系数、热导率参数,精准计算热电优值ZT,全面评估材料低温热电发电性能,助力新型热电能源材料研发。
交叉学科拓展应用
可拓展低温光谱与生物磁学研究,依托磁光插杆开展磁场调控光致发光PL、低温拉曼、激子极化子磁光光谱测试;同时可完成低温自旋标记生物大分子、磁性生物颗粒低温磁响应表征,适配多学科交叉科研需求。
【核心性能参数】
闭环制冷机系统(干式无液氦)
· 制冷机型式:GM制冷机或二级脉冲管低温制冷机,无油润滑、低振动闭环循环,无液氦存储、补液、挥发损耗,全程干式运行;
· 标准基础温区(标配VTI变温腔):1.6K ~ 325 K;
· 升降温时效(空载标准工况):室温300 K降温至1.8 K≤14 h;1.8 K升温至300 K≤2 h;满磁场状态下支持30 K以上区间连续扫温测量;
· 温度控制精度与速率:1.6 K ~ 10 K区间温控稳定度±2 mK;10 K ~ 300 K区间温控稳定度±0.05 K;连续线性扫温速率0.01 K/min ~ 10 K/min软件连续可调,支持定点恒温、阶梯变温、循环变温等多种运行程序;
· 振动噪声指标:整机振动振幅<1 μm,可有效抑制热电噪声、涡旋电流噪声,适配nV级微弱量子输运信号高精度检测;
· 运行介质需求:仅需380V工业供电、工业循环冷却水,标准配置无需消耗液氦、液氮,无常规低温耗材损耗。
超导磁体系统(多规格可选)
1、标准7T单轴磁体(主流科研标配)
· 最高中心磁场:7T;
· 超导线材:铌钛复合超导线圈,具备低磁滞、低励磁损耗、稳定性强等优势;
· 磁场均匀区:φ18 mm圆柱均匀区域,均匀度±0.1%;
· 扫场速率:0.01 T/min ~ 0.1 T/min软件连续可调;
· 满场励磁时长:≤70 min完成0~7 T满场加载,励磁稳定无失超;
· 磁场控制分辨率:0.1 mT,搭载全数字闭环恒流励磁电源,控场精度极高;
· 运行模式:支持定点磁场保持、线性连续扫场、磁场阶梯循环、零场冷却ZFC/场冷FC等标准化实验程序;
· 剩磁特性:低剩磁优化设计,退磁速度快,无残余磁场干扰样品精准测量。
2、可选磁体规格(按需选配替换)
· 8T NbTi磁体:最高8T,均匀区φ25mm,扫场速率0.01~0.2T/min,预算友好型基础配置,适配常规磁性材料研究;
· 12T NbTi磁体:最高12T,均匀区φ20mm,性能均衡,适配常规二维材料、磁性薄膜研究;
· 6-1-1矢量三轴磁体:X轴6T / Y轴1T / Z轴1T,三轴独立可控励磁,适用于自旋各向异性研究、三维自旋调控等高端实验。
真空与机械结构参数
· 变温样品腔VTI内径:标准φ50 mm大孔径,全面兼容原厂全系插杆及定制化测量插杆;
· 双层真空隔热结构:外层真空夹层采用高真空多层绝热工艺,静态真空<1×10⁻⁴ Pa;
· 样品更换方式:顶部垂直插杆式快速换样,无需整机回温至室温,仅升温VTI腔即可完成样品更换,单次换样总耗时≤30 min,大幅提升实验效率;
· 顶部集成阀组总成:集成精密真空压力表、高真空抽气阀、泄压保护阀、高纯He交换气进气接口、多通道密封电气馈通、旋转样品杆传动密封接口及安全泄压保护装置,集成度高、操作便捷、安全性强。
可选配套测量插杆技术参数
插杆1:24通道屏蔽电输运插杆(标配)
配备24通道独立电磁屏蔽引线,采用低噪声无氧铜屏蔽层;样品台尺寸12.5 mm×12.5 mm,兼容薄膜、块体、光刻芯片、二维器件等各类样品;适配1.6 K~300 K全温区、全磁场工况,可完成四探针电阻率、霍尔效应、磁阻、载流子迁移率、量子霍尔效应等常规电输运测试。
插杆2:360°电控旋转样品杆(选配)
连续转角范围-5°~365°,无机械死区;角度控制分辨率≤0.1°,支持电脑远程电控调节;可在满磁场、全温区下连续旋转,主要用于角分辨磁阻、磁各向异性、各向异性霍尔测试等精细化实验。
插杆3:振动样品磁强计(VSM)(选配)
全温区内实现样品磁滞回线、矫顽力等测量。
插杆4:磁光光学窗口插杆(选配)
配置可见光+近红外双波段光学窗口,入射角可灵活调节;可兼容低温磁克尔效应、法拉第效应、低温PL光致发光、磁场调控拉曼光谱等磁光耦合测试。
插杆5:热电一体化测量插杆(选配)
集成微型高精度加热片与热电偶传感器,可在1.6 K~300 K温区内同步测量样品电阻率、塞贝克系数、热导率,自动计算热电优值ZT,适配低温热电能源材料研发与性能表征。
全自动控制系统软硬件参数
· 原厂控制软件:全流程自动化控制平台,内置可视化人机界面,独立划分温控、磁场、真空、制冷机监控模块;可联动锁相放大器、数字源表、光谱仪等外部设备,实现多设备同步时序数据采集;内置扫温磁阻、扫场霍尔、角度循环测量等标准化实验模板,支持客户软件定制,支持一键全自动运行;
· 硬件控制机柜:一体化集成磁体励磁电源、高精度温度控制器、真空计采集模块、制冷机控制单元;
· 数据输出:实时采集存储温度、磁场、电压、电阻、角度等时序实验数据,支持CSV、MATLAB等通用格式导出。