集磁、電、熱測量多功于一體的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)---VersaLab
美國Quantum Design公司是由一臺(tái)SQUID磁強(qiáng)計(jì)的設(shè)計(jì)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?yàn)數(shù)據(jù)可靠的標(biāo)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(shí)驗(yàn)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(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）—VersaLab，它是Quantum Design公司推出的種無液氦多功能振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)，磁場為3 T，溫度范圍為50~400 K?？梢匀詣?dòng)高精度的進(jìn)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(jì)型的PPMS系統(tǒng)（Quantum Design公司一種廣為認(rèn)可的材料研究大平臺(tái)），因?yàn)閂ersaLab上的測量選件如磁學(xué)、電輸運(yùn)、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(shí)間的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，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(rèn)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(diǎn)使得用戶的購買成本和運(yùn)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(qiáng)大
2．50-1000K測量全程無需液氦或液氮，（微型制冷機(jī)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(dá)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(yùn)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(dòng)(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(tái)上就能進(jìn)行角度相關(guān)測量，在測量的過程中轉(zhuǎn)桿由步進(jìn)馬達(dá)控制按照輸入的轉(zhuǎn)動(dòng)精度進(jìn)行全自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。
技術(shù)參數(shù)
轉(zhuǎn)角范圍： -10° to 370°
角度轉(zhuǎn)動(dòng)步長： 0.05°或0.0045° (高精度)
轉(zhuǎn)動(dòng)重復(fù)性： < 1.0°
轉(zhuǎn)動(dòng)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(kuò)展磁學(xué)測量的溫度區(qū)間，可以達(dá)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(yùn)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(dòng)的進(jìn)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(shí))
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(shí)驗(yàn)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(jìn)行擬合，全自動(dòng)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(xiàng)技術(shù)曾獲得1998年世界“R&D100”大獎(jiǎng)。
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(yùn)測量選件
熱輸運(yùn)選件可以同時(shí)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(gè)數(shù)據(jù)計(jì)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(hào)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(jìn)行例如鐵電、介電、激光或微波輻照下的電輸運(yùn)等測量。
VersaLab與傳統(tǒng)電磁鐵VSM對比：
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| VersaLab | 傳統(tǒng)電磁鐵VSM |
| 磁場控制 | NbTi超導(dǎo)磁體 | 銅線圈電磁鐵 |
| 均勻區(qū)大(2.4cm) | 均勻區(qū)窄(約0.5cm) | |
| 高場下均勻度不變(0.1%) | 高場均勻區(qū)大幅下降，磁噪聲大 | |
| 全自動(dòng)化控制，操作方便 無需水冷 | 手動(dòng)調(diào)節(jié)磁極間距和鞍區(qū)等復(fù)雜操作 需水冷 | |
| 一體化機(jī)身屏蔽罩 | 無磁屏蔽，高場對周邊人體與設(shè)備危害 | |
| 溫度控制 | 低溫?zé)o需任何溫度插件 高溫使用自加熱樣品桿 | 低溫、高溫均需要外部插件 (使得磁極間距必須擴(kuò)大，從而降低磁場強(qiáng)度和測量精度，并有巨大背景信號(hào)) |
| 內(nèi)置微型制冷機(jī) 低溫?zé)o需液氦或液氮 | 低溫需要液氦或液氮 | |
| VSM馬達(dá) | 長程電磁力驅(qū)動(dòng)馬達(dá) (無任何機(jī)械噪聲和磨損，無需維護(hù)) | 機(jī)械馬達(dá) (機(jī)械噪聲對磁測量產(chǎn)生影響) |
| 振動(dòng)方向與磁場平行 (提高磁信號(hào)探測靈敏度) | 振動(dòng)方向與磁場垂直 | |
| VSM測量 | 0-3T靈敏度均達(dá)到10-7emu 數(shù)據(jù)平均時(shí)間1秒 | 高場下由于電磁鐵噪聲對測量精度產(chǎn)生影響，數(shù)據(jù)測量時(shí)間長 |
| 內(nèi)置<10-4 Torr高真空 (無機(jī)械振動(dòng)和噪聲) | 配備機(jī)械真空泵，約103 Torr | |
| 拓展功能 | 電輸運(yùn)、比熱、鐵電、介電、光電、磁電等 | 手動(dòng)電測量、無其他功能 |
| 能耗 | 總功率2.4kW | 磁場能耗5~8 kW 水冷機(jī)功率5~8 kW |
| 變頻壓縮機(jī)，自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷功率，效率提高50%，噪音下降10% | ||
| 儀器尺寸 | 重86 kg，高1.31m 底部滑輪，可隨意移動(dòng) | 重達(dá)上千公斤，無法移動(dòng) |
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