自1994年Quantum Design在美國圣地亞哥發布綜合物性測量系統PPMS以來，從最初的灌液氦系統到現在的無液氦綜合物性測量系統-DynaCool，已經經歷了近30年的歷史。在這幾十年的發展歷程中，設備在物理、化學、材料等領域有了廣泛的應用，幫助科研工作者取得了巨大的成功。在過去的30年間，PPMS系列設備在全球銷售安裝了1500余套，在中國地區也有近300套，正不斷助力(li)和見證一個又一個科學前沿的突破和新材(cai)料(liao)研發的浪潮。

綜(zong)合物性(xing)測量系(xi)統PPMS系(xi)列設備發展(zhan)歷程

在(zai)上世紀80年代(dai)(dai)末(mo)90年代(dai)(dai)初，凝聚態物(wu)理(li)領(ling)域迎來了爆炸式的(de)(de)(de)增(zeng)長，從銅氧(yang)化物(wu)高溫(wen)超導材(cai)料到錳氧(yang)化物(wu)的(de)(de)(de)巨磁阻(zu)效應(ying)，越來越多(duo)的(de)(de)(de)科研工作(zuo)者進入到了低(di)溫(wen)實驗物(wu)理(li)的(de)(de)(de)大軍(jun)之中。僅僅能(neng)夠用(yong)于磁學性質測(ce)量的(de)(de)(de)MPMS系統已經不再能(neng)夠滿足各類(lei)材(cai)料性質探索(suo)的(de)(de)(de)需求。

1994年一款基于低溫強磁場環境的開放式設計多功能測量的平臺也在Quantum Design緊鑼密鼓的研發之下誕生了。第一臺PPMS設備于1994年2月安裝在普渡大學Purdue University，最初(chu)的PPMS系(xi)統設計(ji)采用了液(ye)氦(hai)制冷，能夠(gou)提(ti)供液(ye)氦(hai)溫區的極低溫和(he)強磁場環境，相比當時諸多(duo)(duo)簡單的低溫磁體系(xi)統，PPMS測量系(xi)統有著更加優異的控(kong)溫機制，可以(yi)進行多(duo)(duo)種物理性(xing)質測試，如磁性(xing)、熱性(xing)、電性(xing)等。

這(zhe)一系(xi)統的(de)推(tui)出(chu)，為材(cai)(cai)料(liao)和物理學(xue)研究帶(dai)來了(le)一場革(ge)命性(xing)(xing)的(de)變(bian)革(ge)，研究人員可以更加(jia)簡便的(de)實(shi)現極低溫和強磁場環境，并在此基礎上深(shen)入地了(le)解材(cai)(cai)料(liao)的(de)性(xing)(xing)質和特性(xing)(xing)，推(tui)動了(le)物理學(xue)領域的(de)發展。

 綜(zong)合物性測量(liang)系統(tong)PPMS加(jia)注(zhu)液氦

步入(ru)2000年，大(da)量(liang)低溫相關的(de)儀(yi)器設(she)備(bei)不(bu)斷(duan)(duan)(duan)涌現，從(cong)極低溫制(zhi)冷到大(da)型磁體系統(tong)、醫(yi)用設(she)備(bei)等，液(ye)氦消(xiao)耗量(liang)以肉(rou)眼(yan)可見的(de)速度不(bu)斷(duan)(duan)(duan)攀升，而作為一個稀缺資(zi)源，其價格也不(bu)斷(duan)(duan)(duan)水漲(zhang)船高，到2005年短短5年時間，液(ye)氦價格就翻了(le)一倍。

Quantum Design從90年代末就意識到了這一點，開始了對PPMS產品線的液氦閉循環設計研發，1998年Quantum Design公司成功利用GM制冷機實現了液氦的閉循環利用，并推出了市面上早先液氦閉循環的低溫磁體系統MPMS EverCool，并在(zai)隨(sui)后的2000年推出了PPMS的EverCool解決(jue)方案，受到(dao)了世界范圍內科學(xue)家的青睞。在(zai)提供(gong)更(geng)加穩(wen)定和可(ke)靠(kao)的溫度控制的同(tong)時也(ye)減少(shao)了對昂貴的液氦(hai)的需求，降低了成本和使用難度。

綜(zong)合物性測(ce)量系統(tong)PPMS EverCool 1代系統(tong)

2008年Quantum Design為了(le)進(jin)一步減少低溫設備的使用保養成本，對EverCool系統進(jin)行了(le)大幅升級，采用變(bian)頻式技術能夠(gou)有效延(yan)緩(huan)GM制冷(leng)機的冷(leng)頭損耗從(cong)而降低日常維(wei)護費用。

綜(zong)合物性測量系統PPMS EverCool 2代系統

2000年后，隨著商用化脈管制冷機技術的逐漸成熟，其極低的震動和更長的維護周期引發了低溫設備廠商的廣泛關注。Quantum Design也在歷經近10年的研發歷程后，于2010年推出無液氦設計的PPMS DynaCool，大幅提升系統制冷量的(de)(de)同時(shi)也(ye)為系統帶來了(le)更(geng)低的(de)(de)震動噪聲和更(geng)少的(de)(de)氦氣(qi)消耗。

2010年發(fa)布的無液氦綜合物性(xing)測量系統(tong)PPMS-DynaCool

Quantum Design中國北京(jing)樣機實驗室的無液氦綜合(he)物性(xing)測量系統(tong)PPMS-DynaCool

此外(wai)Quantum Design在保持綜合物性測量(liang)系(xi)統PPMS系(xi)統一貫(guan)良好繼承(cheng)性基礎上，不斷開發新(xin)的測量(liang)選(xuan)件：將磁學測量(liang)溫(wen)區拓展到1000K到50mK，覆蓋了整個極低溫(wen)至高溫(wen)溫(wen)度段。

稀釋(shi)制冷機專(zhuan)用交流磁化(hua)率選件及測量數(shu)據(ju)

引入高頻微波(bo)配(pei)合微波(bo)源能夠對多種(zhong)鐵磁薄(bo)膜、自旋電子(zi)學器(qi)件進行頻率相(xiang)關(guan)的(de)鐵磁共振(zhen)及(ji)自旋泵(beng)浦的(de)測(ce)量。

鐵磁共振測量功能(neng)選件

皮米精度的(de)(de)膨脹系數測量功能能夠實現變(bian)(bian)溫(wen)變(bian)(bian)磁場環(huan)境下的(de)(de)膨脹系數測量。

膨(peng)脹系數測量功能選件(jian)及數據

等靜壓電學(xue)和磁學(xue)測(ce)量(liang)高壓樣品(pin)腔成為(wei)了新興超導(dao)材(cai)料探索的有力裝備。

高壓磁學和(he)電學測量(liang)功能(neng)組(zu)件

中科(ke)大(da)用戶實驗室(shi)PPMS設備(bei)照片

直至今日，從零開始搭建一個低溫磁場(chang)實(shi)驗測量平(ping)臺(tai)依然不易，從硬件到(dao)(dao)編程到(dao)(dao)調試的(de)每(mei)一個步(bu)驟可(ke)能(neng)都(dou)會遇到(dao)(dao)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)挫折。在花費大量精力和成本后(hou)可(ke)能(neng)實(shi)驗設(she)備的(de)可(ke)靠性(xing)、工作效(xiao)率和可(ke)拓展性(xing)都(dou)較難令人滿意，而(er)一但需(xu)要交付給課題組的(de)其他成員，培訓過程又(you)極其繁(fan)瑣。而(er)歷經30年(nian)迭代成熟(shu)的(de)PPMS產(chan)品(pin)從開箱安裝到(dao)(dao)滿負(fu)荷(he)工作僅需(xu)短(duan)短(duan)2-3天的(de)時(shi)間，即便是從未(wei)接觸過低溫實(shi)驗的(de)用戶也僅僅只需(xu)要一周(zhou)甚至更短(duan)的(de)時(shi)間就能(neng)獨立利用設(she)備開展科(ke)研工作。讓(rang)廣(guang)大科(ke)研用戶能(neng)把工作的(de)重心充分投(tou)入(ru)到(dao)(dao)對物理(li)材料科(ke)學領域的(de)探索(suo)之(zhi)中。

30年濕式灌液氦設(she)計的(de)PPMS即將完成它的(de)使命，而(er)采(cai)用全新無液氦干式設(she)計的(de)無液氦物性(xing)測量系統PPMS DynaCool系統將繼續(xu)譜寫新的(de)征程。

相關產品：

1、綜合物性(xing)測量系統-PPMS：

2、無液氦綜合物(wu)性測量系統(tong)-DynaCool：