宽频交流磁电多功能物性测量设备研制

2013-04-09  来源:

立项年度:2010    负责人:赵同云

完成年度:2013    完成单位:中国科学院物理研究所

一、项目简要说明

该设备是在原有的PPMS低温强场实验设备的基础上拓展宽频交流磁电多功能物性测量功能,在继承PPMS原有的测量功能外增加了在确定温度磁场下进行宽频或相位分辨的交流电输运性能测量、磁电耦合性能测量、高压铁电性能测量的新功能。该设备将有助于推动我单位在宽频电动力学测量、多铁性材料表征等研究领域的自主创新能力及领先优势。

经过拓展之后预期的改进功能指标分列如下:

a)  交流测量频率上限由拓展前的10 kHz改进至10 MHz,拓展3个数量级;

b)  交流测量相位分辨能力由拓展前的不可分辨改进至最优可分辨0.001弧度;

c)  拓展前的交流电输运测量在无光条件下进行,开发后支持波长为532 nm,能量为0-60 mW连续可调的可控激光辐照条件下的电输运性能测量;

d)  拓展前不能进行磁电耦合性能测量,开发后可以进行1 Hz-10 MHz之间变频的交流磁电耦合性能测量;

e)  拓展前不能进行铁电性能测量,开发后对块体可以进行1 Hz-50 kHz之间的铁电性能测量,对薄膜材料可以进行1 Hz-10 MHz之间的铁电性能测量;

f)  最高驱动电压由拓展前的最高120 V改进至5000 V;

g)  最高测量阻抗由拓展前的0.5 MΩ改进至10 MΩ;

h)  阻抗测量不确定度由拓展前的最优小于0.03 %改进至0.01 %。

二、年度进展汇报

根据项目计划,项目组在2012年度取得如下进展:

1.测量部件安装及调试

根据申请进度安排,项目组已经完成宽频多功能测量相关硬件的采购及初步的安装调试,相关设备机柜照片如图1所示,目前该设备可以单独进行宽频多功能磁电测量,具备与PPMS的联用及集成调试的条件。

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图1 宽频多功能磁电测量设备组装照片

2.样品杆设计加工及测试

宽频多功能磁电样品杆的设计与加工已经完成,如图2所示,该样品杆不仅可以进行宽频交流测量,而且有光纤接口,具备测量过程中引入光照的条件。根据初步测试,在内部不接屏蔽线的情况下,接入PPMS系统可以在1.8 K稳定运行,真空度0.15 Torr,与QD公司原配样品杆指标一致。外接普通屏蔽线后,接入PPMS系统可以在10 K稳定运行,5 K以下难以稳定维持,项目组针对该问题已经设法定制加工低热导较高电导无磁合金屏蔽线,并即将进行5 K以下的稳定性实验。

图2 多功能样品杆设计图及实物照片a)设计侧视图;

b)设计俯视图;c)实物侧视照片;d)实物俯视照片

 

三、下年度计划

1、为宽频交流电输运测量系统、宽频交流磁电性能测量系统与高压铁电性能测量系统编写最低到2 K以下的低温与最高到14 T的强场条件下的变温变场的自动测量软件;

2、制备测量设备各功能相应的样品或器件,对设备进行必要的标定与校准。

3、向相关科研用户推广该套设备,并与其一起探讨新设备在使用过程中可能碰到的不足之处,对设备的功能进行进一步改进或为新应用做更新功能的拓展。

4、整理并优化项目相关的样品、软件与文档等,迎接项目验收。

根据目前的进度,截至2013年底,集成并整合宽频交流测量功能,完成变温变场条件下宽频输运测量、宽频磁电耦合性能与高压铁电性能测量软件编写,并最终完成验收的预期目标可以实现。

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