基系統(tǒng)特點:

♦ 液氦消耗：系統(tǒng)從安裝啟動到日常運行都不需要灌裝液氦，僅需要氦氣，初次啟動時，液氦消耗<1/4瓶；在日常運行，也無需灌裝液氦或液氮，通過脈沖管制冷機直接液化少量氦氣對樣品進行控溫。

♦  溫度范圍：<1.9K – 400K

♦  連續(xù)低溫控制：能在4.2K以下無限時控溫，且能連續(xù)平滑通過4.2K液氦相變點

♦  可控的溫度掃描模式
♦  自動化控制所有功能選件
♦  主機內置冷泵提供優(yōu)于10^-4Torr高真空

♦  真空模塊活化時間：<1分鐘

♦  真空模塊活化后冷卻時間：30分鐘

♦  基于CAN的電路構架增強選件之間的兼容性
♦  具有節(jié)能的Standby模式，并能迅速恢復正常運行

♦  磁場的逼近模式包括：線性加場、振蕩加場、非過沖式加場、掃描加場

線性加場模式下，磁體磁場可以通過設定加場速率，從而快速加場迅速接近設定磁場

振蕩加場模式下，磁體磁場通過振蕩衰減的方法趨近，直設定磁場

非過沖加場模式下，磁體磁場在不超過設定磁場的前提下，逐漸逼近設定磁場

♦  能夠在樣品放入樣品腔之前，腔外檢測各種測量模式樣品引線的導通質量；

♦  采用高效穩(wěn)定的4.2K 1W規(guī)格的脈沖管制冷機；

♦  采用高均勻性超導磁體；

♦  雙向充磁磁體電源：6（9T）；

♦  磁體具有多種磁場驅動模式

溫度參數(shù)：

♦ 溫度范圍：1.9K-400K

♦ VSM高溫爐可擴展高溫1000K

♦ He3制冷機可擴展低溫0.5K

♦ 稀釋制冷機可擴展低溫50mK

♦ 降溫時間：從300K降1.9K并穩(wěn)定<40min

♦ 溫度穩(wěn)定性：±0.1% for T<20K（典型值）
                 ±0.02% for T>20K（典型值)
♦ 控溫模式：連續(xù)低溫控制和溫度掃描模式

PPMS DynaCool溫度掃描曲線，300K降1.9K少于40分鐘

磁場參數(shù)：

應用領域:

磁學、熱學、電學測量(包括但不限于交直流電阻率、磁電阻、微分電阻、霍爾系數(shù)、伏安特性、臨界電流、交流磁化率、磁滯回線、熱磁曲線、比熱、熱電效應、塞貝克系數(shù)、熱導率、膨脹系數(shù)和形貌表征等）。

應用案例：

■  釩基“籠目”金屬CsV₃Sb₅登上Nature正刊！

近備受關注的新型層狀籠目結構超導體，具有非常規(guī)超導性以及反常的手性電荷密度波，這兩者的同時出現(xiàn)預示著這類籠目超導體可能是配對密度波出現(xiàn)的理想載體。2021年9月，物理所高鴻鈞研究團隊對高品質籠目超導體CsV₃Sb₅開展了精確系統(tǒng)的研究。研究成果登上Nature正刊^[1]，該工作闡述了CsV₃Sb₅超導態(tài)中配對密度波的發(fā)現(xiàn)，對研究配對密度波的形成機制以及揭示其與非常規(guī)超導體超導機理的關聯(lián)具有重大意義。

作者：中科院物理所的陳輝、楊海濤和物理所/國科大博士生胡彬 通訊作者：汪自強、高鴻鈞 主要研究組：中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心高鴻鈞研究團隊 合作研究組：美國波士頓學院汪自強教授、以色列科學研究所顏炳海教授、 中國人民大學雷和暢教授、中科院物理所董曉莉研究員等

參考文獻：Chen, H., Yang, H., Hu, B. et al. Roton pair density wave in a strong-coupling kagome superconductor. Nature 599, 222–228 (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03983-5

詳細信息請參考：http://www.qd-china。。ｃｏｍ/zh/news/detail/2110251673562

■  新型準二維釩基Kagome金屬的前沿研究

近期，一個新型準二維釩基kagome金屬AV₃Sb₅ (A = K, Rb, Cs) 體系引起了國內多個課題組的共同關注，該體系是研究幾何阻挫、非平庸拓撲能帶以及多種電子序耦合與競爭的重要平臺。CsV₃Sb₅在低溫下2.5 K左右發(fā)生超導轉變，同時在95 K發(fā)生類CDW的相變。STM表征發(fā)現(xiàn)手性電荷序的出現(xiàn)打破了時間反演對稱性，可能在CDW相變溫度以下誘導出巨大的反常霍爾效應。此外，ARPES以及性原理計算表明該體系在Fermi面附近存在著Z2拓撲不變量的非平庸能帶結構。CsV₃Sb₅中的類CDW相變和超導電性開展了大量的理論和實驗研究，取得了一系列重要成果，對揭示該體系中奇特物性的關聯(lián)作用具有重要價值。

CsV₃Sb₅晶體結構示意圖

詳細信息請參考：http://www.qd-china。。ｃｏｍ/zh/news/detail/2107201625441

■  定制化輸運測量助力量子材料研究

Mn摻雜Dirac半金屬Cd₃As₂的可調SdH量子振蕩研究

中科院金屬所張志東、劉偉研究組及其合作單位對不同Mn摻雜濃度的拓撲Dirac半金屬（Cd_1-xMn_x)₃As₂的SdH量子振蕩特性展開系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)SdH振蕩規(guī)律隨摻雜濃度顯著變化，說明材料費米面位置嚴重依賴Mn摻雜濃度，此外Mn原子在Dirac半金屬中誘發(fā)了反鐵磁性，因而可通過控制反鐵磁序參量來調控材料拓撲性質^[1]。

*數(shù)據(jù)獲取：14T磁場范圍的綜合物性測試系統(tǒng)（PPMS, Quantum Design），縱向電阻通過標準四端法測量^[1]。

電場調控大摻雜濃度銥氧化物Mott絕緣體的電子相圖研究

元素摻雜可以實現(xiàn)對材料輸運性質的調控，但受化學互溶性限制，載流子濃度調控一般在很小范圍（幾個%）。相較之下，柵壓電場調控載流子濃度具有更多優(yōu)勢，原則上它可以在不影響材料有序程度的基礎上可控可逆的改變載流子濃度，且不受互溶度限制，可以較大程度影響載流子水平。

清華大學物理系于浦教授課題組及合作者通過電場調控下的電輸運研究，刻畫了大摻雜濃度范圍內銥氧化物Mott絕緣體的電子態(tài)的演化情況，全面描繪材料的電子相圖，對關聯(lián)材料的研究具有廣泛啟發(fā)性意義^[2]。

*數(shù)據(jù)獲取：全新一代綜合物性測試系統(tǒng)（PPMS DynaCool, Quantum Design），測量結構霍爾棒利用光刻技術，尺寸為1.6 mm*0.4 mm，并濺射一層Pt膜作為柵電極，整個結構浸入DEME-TFSI離子液體中，原位測量柵電壓調控下的輸運行為^[2]。

二維磁性納米片CrSe₂的層厚依賴可調磁序研究

除載流子濃度調控獲得可調輸運性質之外，低維量子材料物性的層厚依賴也是一個重要的研究方向。湖南大學段曦東教授及其合作單位在對二維磁性納米片CrSe₂的研究中發(fā)現(xiàn)，性質穩(wěn)定的CrSe₂納米片可以很容易生長到無懸掛鍵的WSe₂襯底上，其厚度可以可控地調節(jié)。性質穩(wěn)定、厚度可調的CrSe₂納米片將在很大程度上拓展二維磁性材料的實際應用前景，有望用于構建高自旋注入效率的自旋電子器件^[3] 。

*數(shù)據(jù)獲取：全新一代綜合物性測試系統(tǒng)（PPMS DynaCool, Quantum Design），配備有一個或兩個鎖相放大器（SR830, Stanford）^[3]。

參考文獻：

[1]. J. Guo et al., Tunable quantum Shubnikov-de Hass oscillations in antiferromagnetic topological semimetal Mn-doped Cd₃As₂. Journal of Materials Science & Technology 76, 247-253 (2021).

[2]. M. Wang et al., Manipulate the Electronic State of Mott Iridate Superlattice through Protonation Induced Electron‐Filling. Advanced Functional Materials, 2100261 (2021).

[3]. B. Li et al., Van der Waals epitaxial growth of air-stable CrSe₂ nanosheets with thickness-tunable magnetic order. Nature Materials, 20, 818-825 (2021).

電輸運測量選件是Quantum Design綜合物性測量系統(tǒng)PPMS廣泛使用選件之一，因為制樣簡單、測試通道多以及自動化程度高而深受用戶歡迎。電輸運樣品托享有技術，全自動測量電阻率、霍爾系數(shù)等參量，配合基系統(tǒng)的變溫（1.8-400K）和變磁場（PPMS大磁場16T， PPMS DynaCool大磁場14T）環(huán)境，可實現(xiàn)材料電磁輸運特性的全面刻畫。

詳細信息請參考：http://www.qd-china。。ｃｏｍ/zh/news/detail/2109161078667

■  低溫高壓測量方案

2020年9月，中科院強耦合量子材料物理重點實驗室和中科院金屬所在Nature子刊NPG Asia Materials上合作發(fā)表了一篇關于二維碳化物薄膜Mo2C常規(guī)超導體在壓力下的超導機理研究文章。文章主要介紹了二維碳化物Mo₂C的正交相α-Mo₂C和六方相β-Mo₂C薄膜材料在低溫高壓環(huán)境下的超導性能。高壓下的超導研究，可以揭示超導材料中不同因素之間的競爭關系，從而幫助探索超導的機理。通常來講，具有高dT_c/dP的超導材料可以利用適當?shù)幕瘜W替代或外延應變實現(xiàn)更高的超導轉變溫度。文章隨后針對這兩種不同晶相的Mo₂C薄膜對高壓下的超導轉變特性進行了更細致的研究。

文中不同壓力和溫度采集的精細輸運數(shù)據(jù)均來源于Quantum Design科學儀器，主要包括有Quantum Design日本分公司生產的HPC-33型號等靜油壓電測量高壓腔以及Quantum Design美國生產的PPMS 9T綜合物性測量系統(tǒng)。其中HPC-33型高壓腔高可以提供3 Gpa壓強，樣品腔內徑4 mm，長度6 mm，能夠幫助用戶在PPMS上實現(xiàn)變溫變壓變磁場的三個不同維度的電學測量。

參考文獻：

[1]. Fan, Y., Xu, C., Liu, X. et al. Distinct superconducting properties and hydrostatic pressure effects in 2D α- and β-Mo2C crystal sheets. NPG Asia Mater 12, 60 (2020).

詳細信息請參考：http://www.qd-china。。ｃｏｍ/zh/news/detail/2101221646885

■  綜合物性測量系統(tǒng)拓展新應用-原位磁性測試揭示鋰離子電池額外容量問題！

近期，青島大學物理科學學院教授與加拿大滑鐵盧大學教授、美國得克薩斯大學分校余桂華教授等人通力合作，利用自主構建的原位磁性監(jiān)測技術（如圖1所示），結合自旋電子學理論揭示了過渡族金屬化合物Fe₃O₄的額外容量主要來源于過渡族金屬Fe納米顆粒表面的自旋極化電容，并證明這種空間電荷儲鋰電容廣泛存在于各種過渡族金屬化合物中，費米面處3d電子高電子態(tài)密度發(fā)揮了關鍵作用（如圖2所示）。該研究結論突破了人們對傳統(tǒng)鋰離子電池儲能方式（Insertion、Alloying、Conversion）的認知，在實驗上直觀地證實了空間電荷存儲機制，并進一步明確了電子存儲位置。該工作已于近期發(fā)表在期刊《Nature Materials》^[1]。

值得注意的是，本文使用的樣品桿是研究人員經過多年努力自主設計的，他們將電化學工作站與綜合物性測試系統(tǒng)（PPMS）中的振動樣品磁強計選件（VSM）進行了有效結合，成功地構建了鋰離子電池原位磁性測試系統(tǒng)來觀察鋰電池充放電過程中的磁響應。文中所使用的PPMS系統(tǒng)具有高靈敏度磁性測試等優(yōu)勢，可作為研究能源材料原子尺度臨近范圍內的原子探針，是研究雜質相和局部電子分布的全新“利器”，獲取其他傳統(tǒng)技術所不能測得的信息。

詳細信息請參考：http://www.qd-china。。ｃｏｍ/zh/news/detail/2009181079597

■  低溫下Al₆Re鋁錸合金超導體相關性質研究

2019年復旦大學封東來、李世燕教授課題組對Al₆Re鋁錸合金一類超導體在超導轉變溫度附近的交直流磁化率分別通過MPMS3的iHelium3組件和DynaCool的ACDR稀釋制冷機交流磁化率組件進行了測量。對該材料在不同穩(wěn)態(tài)背景磁場下的抗磁特性進行了分析，并通過M-H曲線通過磁場抑制超過臨界值Hc瞬間失超的特性進一步確認了其一類超導材料的身份。隨后又結合BCS理論對50mK-1K的交流磁化率數(shù)據(jù)的磁滯特性進行了細致分析。

DynaCool系統(tǒng)ACDR選件測量的Al₆Re在mK溫區(qū)的交流磁化率曲線

PHYSICAL REVIEW B 99, 144519 (2019)