說起綜合物性測量系統(tǒng)-PPMS大家都不陌生，自從1994年臺PPMS誕生以來，已經(jīng)有超過1000臺PPMS工作在全球各大實驗室?？茖W(xué)領(lǐng)域的許多重要工作背后都有PPMS的貢獻。從初的濕式系統(tǒng)到現(xiàn)在的全干式系統(tǒng)，從磁學(xué)、電學(xué)測量到多領(lǐng)域高精度測量，PPMS誕生以來從未停下過前進的腳步。無論您是我們PPMS的用戶還是關(guān)注者，可能您尚未了解PPMS的全部功能。今天我們將為您列舉目前PPMS所有測量功能，敬請收藏。
圖1 綜合物性測量系統(tǒng)-PPMS
一、 主機系統(tǒng)——兼容并蓄、博采眾長
基于的快速掃場和連續(xù)控溫技術(shù)（PPMS擁有快速、穩(wěn)定的變溫、掃場技術(shù)），PPMS主機已成為性能好的低溫磁場平臺。但是Quantum Design的追求遠(yuǎn)不止于此，PPMS的主機系統(tǒng)自從誕生以來不斷的根據(jù)用戶需求進行優(yōu)化。目前，PPMS DynaCool主機已經(jīng)集成了高真空和磁屏蔽，全新的CAN式模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計擺脫了系統(tǒng)對電腦的過度依賴。針對LabVIEW預(yù)留的開放接口使得PPMS系統(tǒng)兼具了MultiVu的穩(wěn)定性與LabVIEW的拓展性。為了滿足不同需求，PPMS的系統(tǒng)已經(jīng)包含9T、12T、14T、16T等多種場強以及濕式、Reliquefire、EverCool和DynaCool多種型號。從綜合測量系統(tǒng)到好的通用平臺，PPMS在雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)上兼容并蓄、博采眾長，堅持以市場需求為導(dǎo)向，廣泛采納用戶的建議，以開放的胸懷為全球客戶打造好的實驗平臺。
圖2 完全無液氦綜合物性測量系統(tǒng)PPMS?DynaCool?
二、 磁學(xué)功能
振動樣品磁強計——電磁馬達，智能測量
PPMS的振動樣品磁強計采用磁懸浮馬達，完全避免了機械振動馬達帶來的測量噪音，同時避免了機械磨損。采用高精度的光學(xué)編碼定位技術(shù)使得振幅、振動頻率連續(xù)可調(diào)，并且在測量過程中自動校準(zhǔn)中心位置。的設(shè)計、智能的軟件、先進的算法使得磁矩測量精度能夠真正的達到10-7量
VSM高溫爐選件——爐火純青、萬分
傳統(tǒng)的磁性測量設(shè)備只能測量樣品在室溫附近或低溫的磁學(xué)特性。少有的高溫設(shè)備要么溫度不能太高，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜精度太差。Quantum Design專門為磁性測量設(shè)計的高溫爐選件可以將磁性測量的溫度提高到1000K，控溫精度可達0.5K，可以快速升降溫，輕松測量鎳等高Tc材料的居里溫度。磁性測量精度優(yōu)于10-6emu.
光誘導(dǎo)磁測量選件——波長可調(diào)，洞察秋毫
為了研究光敏材料在光激發(fā)下磁性的變化，Quantum Design推出了高精度的光磁測量選件。采用高色溫的氙燈光源，利用波片濾波。高性能的光纖樣品桿可以輕松將聚焦光引入樣品腔。利用該選件可以測量變溫、變場環(huán)境中，不同波長光激發(fā)下樣品的磁性變化。這對于研究材料中能帶分布對磁性的影響，以及磁性的機理具有重要意義。
新型交流磁化率選件——超高靈敏度，頻率可調(diào)
全新的ACMS II采用特的探測線圈和VSM線性磁力驅(qū)動馬達，一次測量就可以獲得實部虛部分開的交流磁化率以及直流磁化強度的信號。采用鎖相技術(shù)和五點測量模式，有效地消除了溫度漂移對測量的影響，一次降溫可以同時測量多個頻率的磁性。10Hz-10KHz頻率范圍，15Oe的交流場，高達10-8emu的測量精度使得ACMS II的測量精度可以媲美SQUID。
稀釋制冷機交流磁化率選件——低溫的磁性測量方案
低至50mK的限低溫、0.002 - 4Oe的交流場幅值、10Hz-10KHz可變頻率、10-7emu的靈敏度使得稀釋制冷機交流磁化率選件成為上低溫的磁性測量方案，更是目前自旋液體等領(lǐng)域的有力測量手段。
扭矩磁強計——磁矩與各向異性的測定
對磁性材料的研究除了磁矩測量以外對磁各向異性的測量也具有重要意義，特別對于單晶或薄膜材料而言磁各向異性尤為重要。該選件由Quantum Design與IBM聯(lián)合設(shè)計，采用超高靈敏度的壓電傳感器和平衡電橋來測量樣品在磁場中受到的力矩。樣品托芯片可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)扭矩來校準(zhǔn)重力影響和溫度漂移產(chǎn)生的影響。扭矩測量時可以進行溫度掃描得到扭矩隨溫度的變化。扭矩磁強計的扭矩精度可達10-9Nm，磁矩靈敏度可達10-8emu，靈敏度可以媲美SQUID。
一階翻轉(zhuǎn)曲線——測量材料磁結(jié)構(gòu)、定量分析材料的組分
基于智能化控制技術(shù)，Quantum Design全新推出的一階翻轉(zhuǎn)曲線功能省去了傳統(tǒng)人工測量方案的繁瑣。高精度的測量數(shù)據(jù)為后續(xù)分析提供了堅實保障。該功能可以定性/定量測量材料的磁翻轉(zhuǎn)機制、計算各磁性翻轉(zhuǎn)相的比例、計算矯頑場與相互作用場的強度分布。對于礦物、混合物、復(fù)合相、Vortex等材料的研究具有重要意義。
磁性測量高壓腔——測量材料高壓磁性的利器
采用等靜壓裝置在材料上施加穩(wěn)定的壓力，利用PPMS測量樣品的磁性。增加了用壓力來調(diào)控材料特性的維度。是目前較為熱門的材料高壓特性研究的工具，高壓腔采用螺旋式加壓、液體傳壓媒介，可輕松實現(xiàn)1.3GPa或更高的壓強。
三、 電學(xué)功能
直流電阻率——使用簡單，測量快速
直流電阻率是PPMS基本的測量功能之一，以其方便快捷、數(shù)據(jù)可靠、智能測試深得廣大用戶的喜愛。與普通的儀表相比，直流電阻率選件以其特有的智能測量方案在測量過程中避免了普通儀表不同量程臨界處數(shù)據(jù)的不連貫和不準(zhǔn)確。直流電阻率選件可在μΩ到MΩ范圍內(nèi)自動測量。
電輸運選件——功能更多，精度更高
電輸運測量選件（ETO），是專門為精細(xì)電學(xué)測量而開發(fā)的多功能電學(xué)測量選件，可以自動測量樣品的IV特性曲線、微分電阻、霍爾效應(yīng)。由于采用高精度的鎖相技術(shù)，ETO可以測量從nΩ到GΩ量的電阻，電流輸出nA-mA。
光電測量選件——光場激發(fā)，多維調(diào)控
PPMS采用全波段的氙燈作為光源，利用可調(diào)光柵濾波技術(shù)測量不同波長光激發(fā)下的樣品電阻。在溫度、磁場調(diào)控的基礎(chǔ)上加入光激發(fā)調(diào)控，形成對樣品特性的多維度調(diào)控和測量。
電學(xué)測量高壓腔——超硬材料，超導(dǎo)材料的研究利器
目前在高壓下測量材料的電學(xué)性能已經(jīng)成為研究超導(dǎo)材料、超硬材料以及其他特殊材料的常用手段之一。PPMS的電學(xué)測量高壓腔可以在變場、變溫環(huán)境中測量不同壓強下材料的電學(xué)性能。高壓腔預(yù)留10跟電學(xué)引線，方便用戶高壓下的電學(xué)連接。高壓腔已集成溫度計，測量樣品的實時溫度。
四、 熱學(xué)測量功能
比熱測量選件——技術(shù)，全球
材料的比熱是一個重要的物理量，但是在實驗上很難測到高質(zhì)量的比熱數(shù)據(jù)。Quantum Design采用技術(shù)的比熱測量選件，從誕生起就代表了比熱測量的高水準(zhǔn)。比熱選件采用雙τ模型、可對馳豫曲線進行自動擬合計算、系統(tǒng)自動扣除背景比熱，得到變溫、變場條件下的高質(zhì)量比熱數(shù)據(jù)，并對每一個測量數(shù)據(jù)點自動計算和記錄德拜溫度。專用比熱樣品托、智能化的測量引導(dǎo)程序，使得初學(xué)者也能快速上手操作。完備的數(shù)據(jù)采集和分析功能使得比熱研究更為簡單。
熱輸運選件——數(shù)據(jù)，功能全面
熱輸運選件可以同時測量樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、Seebeck系數(shù)（熱電勢）和交流電阻率，并根據(jù)這三個數(shù)據(jù)計算出熱點材料的品質(zhì)因子。專門的樣品托和四點法引線方式可以消除接觸電阻和熱阻的影響。軟件可以的建立動態(tài)熱流量模型補償各種可能的系統(tǒng)誤差?？稍谧儨剡^程中自動進行連續(xù)測量得到高密度的數(shù)據(jù)。熱輸運選件使得熱學(xué)測量像電學(xué)測量一樣簡單和。
五、 低溫選件
He3制冷機選件——使用方便，智能控制
基于PPMS主機系統(tǒng)的He3制冷機具有連續(xù)運轉(zhuǎn)和單程兩種模式，自動控制程序使得樣品可在3小時之內(nèi)由室溫降至0.5K，單程模式可將樣品的溫度降至0.4K。目前已經(jīng)在He3制冷機溫度下能夠進行的測量是電輸運（ETO）和比熱。He3選件是目前使用方便的He3制冷機。
稀釋制冷機選件——磁、電、熱都能測的稀釋制冷機
基于PPMS主基系統(tǒng)的稀釋制冷機選件可以將樣品的溫度進一步降低到50mK。該稀釋制冷機與傳統(tǒng)稀釋制冷機的主要區(qū)別是具有高度自動化的控制軟件和引導(dǎo)式的操作操作界面。即使沒有低溫工作經(jīng)驗的用戶也可以輕松掌握低溫物性測量，目前稀釋制冷機可以實現(xiàn)比熱、電輸運、和交流磁化率測量。
絕熱去磁電測量選件——靈巧的mK低溫選件
為小巧的解熱去磁電測量選件，不需要任何額外操作可以在3小時以內(nèi)輕松將樣品由室溫降到150mK以下。該選件在無需購買較為昂貴的He3和稀釋制冷機的情況下可以輕松實現(xiàn)mK量的電學(xué)測量，是性價比較高的低溫選件。
六、 光學(xué)測量功能
拉曼與熒光光譜測量選件——低溫強磁場光譜學(xué)突破
Quantum Design推出的光譜學(xué)系統(tǒng)集拉曼和光致發(fā)光測量于一身，利用PPMS的變溫和磁場環(huán)境可以測量氣態(tài)、液態(tài)、薄膜和塊體材料的性質(zhì)。該選件多種波長光源可選、多維度位移旋轉(zhuǎn)樣品臺、VHG全息光柵與超窄帶濾波系統(tǒng)。高性能的拉曼光譜選件是變溫、磁場光譜測量的。利用PPMS的拉曼光譜學(xué)選件和軟件系統(tǒng)可以更加方便的研究強關(guān)聯(lián)體系材料中自旋-軌道耦合隨溫度和磁場的變化。
七、 拓展功能選件
多功能樣品桿——重劍無鋒，大巧不工
看似普通的樣品桿卻是PPMS拓展性能的又一典范，多功能樣品桿為用戶提供了集成溫度計的樣品臺和用于立引線的樣品桿。樣品桿擁有非常高的加工精度，并且具有抗強磁場的能力，預(yù)留的頂部接口可供用戶引入各種導(dǎo)線和光纖。用戶可根據(jù)自己的需求利用多功能樣品桿來搭建自己特的實驗裝置，實現(xiàn)自定義的實驗方案。目前，用戶已經(jīng)利用多功能樣品桿實現(xiàn)光電測量、強關(guān)聯(lián)體系的光激發(fā)、鐵電測量、介電測量、鐵磁共振等多個領(lǐng)域的測量實驗。
高精度鐵磁共振——錦上添花，如虎添翼
圖3 高精度鐵磁共振儀（FMR）
由瑞典NanOsc公司開發(fā)的高精度鐵磁共振儀，能夠?qū){米別的磁性薄膜進行高精度的測量。該系統(tǒng)采用高精度波導(dǎo)探測芯片與全自動測量分析軟件，可以直接測量得到飽和磁化強度、本征阻尼、非均勻展寬和回磁比。由Quantum Design團隊設(shè)計的高質(zhì)量波導(dǎo)樣品桿和集成服務(wù)為高達40GHz的變溫鐵磁共振測量提供了雄厚的技術(shù)支撐。
膨脹測量選件——原子，行業(yè)翹楚
PPMS的膨脹率測量選件可以測量出0.1埃的尺寸變化，是目前上精密的膨脹率測量選件之一。該選件可以在全溫區(qū)范圍內(nèi)測量熱膨脹和磁致伸縮效應(yīng)。特殊樣品托設(shè)計可以測量樣品相對磁場成不同角度情況下的磁致伸縮效應(yīng)。
掃描探針顯微鏡、共聚焦顯微鏡——秋毫之末，一覽無余
圖4 PPMS- Reliquefier
Attocube公司專門為PPMS生產(chǎn)的掃描探針顯微鏡和共聚焦顯微鏡可以很好的兼容濕式系統(tǒng)和Reliquefier系統(tǒng)。特有的音叉式AFM在Z方向上的分辨力高達7.6pm?；诘蜏谹FM功能的MFM可以在不同溫度、磁場下測量材料的磁疇結(jié)構(gòu)，分辨率優(yōu)于50nm。系統(tǒng)還可升KPFM、PFM、C-AFM等多種顯微鏡系統(tǒng)。更有掃描霍爾探針顯微鏡可以定量材料的測量微區(qū)磁場分布。共聚焦顯微鏡擁有自由光束和光纖兩種模式可選擇。用戶可以將共聚焦顯微系統(tǒng)搭配各種光譜儀使用來測量變溫、變場環(huán)境下樣品的多種光譜。
開放的PPMS平臺與22個測量選件以及時刻不停的研發(fā)，Quantum Design始終以開放進取的態(tài)度努力打造更好的綜合測量系統(tǒng)與通用平臺。用戶的建議，市場的需求更是我們努力的方向。Quantum Design 希望能夠與您攜手共創(chuàng)科研輝煌。
