6800C QHR Standard

• Přesnost systému až < 0,015 × 10⁻⁶ s 6020Q

• Přesnost systému až < 0,003 × 10⁻⁶ s 6200A

• Vestavěné měření Rxx (µV) v můstku ADCC

• Standardní magnetické pole 9 Tesla

• Volitelně až 14 Tesla

• Bez potřeby kapalného helia

• Stabilní a řízené prostředí pro vzorky

• Teplotní rozsah: 1,3 K až 300 K

• Nízké provozní náklady

• Rozsah systému: 0,1 Ω až 10 kΩ (s 6020Q)

• Kompatibilita s grafenovými vzorky

• Technologie AccuBridge®

• Dvojitá sonda pro vzorky

Splňte své požadavky na měření efektivněji a přesněji bez kompromisů v oblasti kvality, spolehlivosti nebo nákladů.

Measurements International představuje nový systém kvantového Hallova etalonu odporu 6800C Quantum Hall Standard System - modulární a snadno použitelný systém skládající se ze tří hlavních částí: vzorku, kryogenního systému a měřicího můstku. Systém nevyžaduje kapalné helium, což eliminuje problémy s jeho nedostatkem, nepravidelnými dodávkami a rostoucími cenami a zároveň snižuje provozní náklady laboratoře.

Etalon kvantového Hallova odporu (QHR) je celosvětově uznávanou realizací jednotky ohm a představuje jeden z nejstabilnějších odporových etalonů. Zkušenosti společnosti MI s návrhem systémů kvantového Hallova jevu, měřením odporu a kryogenní technikou byly klíčové při vývoji systému 6800C. Národní metrologické instituty a primární průmyslové laboratoře po celém světě tak mohou využívat plně automatizovaný, vysoce spolehlivý, reprodukovatelný a ekonomický primární etalon. K dispozici jsou také volitelné doplňky, například další QHR vzorky a software 6800C.

Vzorek

Zařízení využívající kvantový Hallův jev (QHE) je umístěno na speciální sondě, která prochází vzduchovou komorou (airlock), aby bylo prostředí systému čisté a bez atmosférických plynů a dalších nečistot, které by mohly kondenzovat. To je důležité zejména u nechráněných QHE zařízení, která musí být chráněna před kontaminací vodou.

Systém je navržen pro dvojitou platformu vzorků, která umožňuje použití vzorků GaAs/AlGaAs i grafenových vzorků. Oba vzorky lze vložit současně a provádět jejich vzájemné porovnání.

Standardní platforma vzorku má 8 elektrických připojení s PTFE izolovanými stříbrnými vodiči zakončenými konektorem TO-8. Sonda je standardně dodávána se dvěma platformami vzorků TO-8. Měděný kryt chrání vzorek při jeho vkládání a vyjímání.

Odporový etalon 6800C poskytuje absolutní hodnotu odporu vztaženou k von Klitzingově konstantě 25 812,807 4593 Ω. Při použití plat I = 2 a i = 4 systém porovnává hodnotu QHR 12 906,40373 Ω s odporem 10 kΩ nebo 1 kΩ.

Referenční vzorky jsou vyvinuty například v National Research Council of Canada (NRCC) pro vzorky na bázi galia a ve Research Institute of Sweden (RISE) pro grafenové vzorky. Systém 6800C podporuje také vzorky jiných výrobců.

Kryogenní systém

6800C využívá vysoce spolehlivý kryogenní systém s magnetem bez kapalného helia. Standardní systém poskytuje teplotní rozsah vzorkového prostoru od 1,3 K do 300 K a magnetické pole až 9 Tesla. Na přání lze systém upravit pro rozsah od 0,3 K do 300 K a magnetické pole až 14 Tesla.

Patentovaná technologie umožňuje provoz celého systému pomocí pulzního trubicového kryochladiče (pulse-tube cryocooler), který zajišťuje spolehlivou a přesnou regulaci teploty během měření.

Po připojení k síti lze systém uvést do provozu během několika hodin. Servisní intervaly dosahují ≥ 30 000 hodin, což umožňuje dlouhodobý nepřetržitý provoz nebo používání pouze podle aktuálních potřeb laboratoře.

Modulární konstrukce umožňuje použití různých sond v jediném kompaktním vertikálním kryomagnetu. Integrovaný VTI je ochlazován kryochladičem, který vytváří malé množství kapalného ⁴He z externího zásobníku plynu. Tepelný výměník následně ochlazuje plyn ⁴He a Joule-Thomsonův ventil jej kondenzuje, čímž vzniká nízkoteplotní prostředí. Pro dosažení teploty 1,3 K se používá externí mechanická vakuová pumpa.

Vzorky se vkládají shora přes přístupový sloupec pomocí vzduchové komory a uzavíracího ventilu. Vzorek lze vyměnit bez nutnosti ohřevu celého prostoru na pokojovou teplotu. Zkušený pracovník může výměnu vzorku provést během několika minut.

6800C zajišťuje přesně řízené prostředí pro měření vzorků. Stabilita teploty na úrovni mK je dosažena kontinuálním prouděním recirkulujícího plynu ⁴He v uzavřeném okruhu.

Vzorkový prostor

• 30 mm / 40 mm

Teplotní rozsah

• Pod 1,3 K až 100 K při kontinuálním průtoku plynu ve VTI

Regulace teploty

• 5 mK při 10 K

• 10 mK při 100 K

Typická doba ochlazení vzorku na 1,3 K

• 10 minut při vychlazeném VTI

Stabilizace teploty

• 1 až 70 K: 1 minuta

• 70 až 200 K: 10 minut

• 200 až 300 K: 15 minut

Volitelná vložka ³He

Volitelná kryogenní vložka s heliem-3 rozšiřuje rozsah experimentálních teplot. Díky chladicímu výkonu VTI a dvěma interním teplotně řízeným sorpčním pumpám lze platformu vzorku udržovat při teplotách od pod 300 mK do více než 10 K.

Vložka se instaluje do variabilního teplotního prostoru 6800C. Nádoba ³He má pracovní objem kapalného ³He přibližně 1,5 cm³.

Parametry ³He vložky

• Základní teplota: < 300 mK

• Pracovní teplotní rozsah: < 300 mK až 100 K

• Vnější průměr: 22 mm

• Celkový objem plynu ³He: 1,5 STP l

• Pracovní objem: přibližně 1,0 STP l

• Počáteční doba ochlazení: 2 hodiny

• Doba rekondenzace: 25 minut pro kondenzaci 90 % náplně ³He a ochlazení nádoby pod 2 K

Kryochladič

Chladicí výkon při 50 Hz:

• 1. stupeň: 35 W při 45 K

• 1. stupeň: 0,9 W při 4,2 K

• Základní teplota: < 3 K

• Orientace: pouze vertikální

• Servisní interval: 30 000-40 000 h

• Okolní teplota: 5 °C až 35 °C

Kompresor F70LP/H (vodou chlazený)

• Příkon: 7,2 kW (trvalý), 8,5 kW (max.)

• Napájení: 3fázové

• F70LP: 200 V při 50 a 60 Hz

• F70H: 380-415 V při 50 Hz; až 480 V při 60 Hz

• Průtok chladicí vody: 6,8-9 l/min

• Životnost uhlíkového absorbéru: 30 000 h

• Flexibilní plynové vedení: 20 A × 20 m

• Rozměry kompresoru: 444 × 529 × 576 mm

• Hmotnost: 100 kg

Chlazení vodou

Pulse Tube Cryocooler vyžaduje nepřetržitý průtok chladicí vody. Doporučuje se použití recirkulačního vodního chladiče, který zajišťuje spolehlivý zdroj chladicí vody pro kompresor kryochladiče. Chladiče lze dodat jako součást kompletního systému.

Magnet

Kryostat 6800C obsahuje supravodivý magnet bez kapalného helia, který vytváří vertikální magnetické pole. Centrální otvor má průměr 52 mm.

• Maximální magnetické pole: 9 Tesla

• Homogenita pole: 0,02 % v objemu 1 cm³

• Režim persistentního pole: pokles 10 ppm/h

• Doba náběhu: 15 minut na 9 Tesla

• Napájení magnetu: 120 A / 5 V

Měřicí systém AccuBridge® 6020Q

Měřicí systém 6800C obsahuje můstek AccuBridge® 6020Q ADCC, který pracuje při pokojové teplotě. Umožňuje porovnání dvou odporů s přesností lepší než 0,02 × 10⁻⁶.

Technologie 6010 společnosti Measurements International stanovuje od roku 1994 standard pro výkon můstků odporu s DC proudovým komparátorem (ADCC) v kalibračních laboratořích po celém světě. Model 6020Q tuto technologii dále rozvíjí pomocí moderní technologie AccuBridge® ADCC.

6020Q má rozsah proudu 1 µA až 200 mA a lze jej použít jako můstek pro měření kvantového Hallova odporu i jako přesný odporový můstek.

Hlavní vlastnosti 6020Q

• Plně automatizovaný provoz

• Dva vstupy: Rx a Rs

• Až 40 vstupů při použití skenerů řady 4200

• Automatické reverzování proudu

• Potlačení stejnosměrných offsetů a termoelektrických napětí

• Automatizované a plánované měření

• Ovládání z předního panelu nebo přes GPIB-488

• Možnost samostatného použití pro kalibraci odporů

6020Q lze použít pro charakterizaci vzorků GaAs/AlGaAs i grafenových vzorků. Umožňuje měření a vykreslení magnetického sweepu, kontaktního odporu, podélného odporu a ztrátového činitele plató I = 2 a přenos Hallova odporu Vxy na standardní rezistor 1 000 Ω.

Měření kontaktního odporu

Kontaktní odpor je důležité měřit při každém ochlazení QHR zařízení z pokojové teploty, protože vysoký kontaktní odpor může způsobovat chyby při měření QHR. Ideální hodnota kontaktního odporu je < 1 Ω.

Měření disipace

Podélné napětí Vxx se měří pro ověření, že v 2-D elektronovém plynu nedochází k disipaci. Při kvantování by mělo Vxx směřovat k nule a být menší než:

2 × 10⁻⁸ Vxy

Integrace, testování a instalace systému

Všechny systémy jsou před dodáním kompletně testovány ve výrobním závodě. Zákazník může být při testování přítomen a absolvovat školení obsluhy.

Instalaci u zákazníka provádějí technici výrobce, včetně dalšího školení uživatelů. Standardně je zahrnuta instalace s časem na školení v rozsahu až 3 dnů.

Systém může pracovat při 50 nebo 60 Hz s třífázovým vysokým nebo nízkým napětím podle specifikace kryochladiče.