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試料の磁場配向評価を行うPATHWAYS

バルク試料の特性は、温度、圧力、添加物量、印加磁場の関数として、電気抵抗測定を用いて日常的に評価されています。しかし、試料の寸法が小さくなると、試料に対する磁場の向きが重要となります。

異方性の強い物質では、試料に対する磁場の向きによって、半導体中の電子ガスやトポロジカル絶縁体など、エキゾチックな物質の相を研究することが可能となります。

さらに寸法が小さくなると、磁場を用いて電子輸送を制御することが可能になり、マヨラナフェルミオンや量子化輸送などの新しい物理が明らかになります。

磁場中測定における課題

  • 試料にアクセスできない状況で、試料に対する電界の向きをどのように調整すればよいのでしょうか?
  • 試料との電気的なコンタクトの取り方は?
  • 大きな磁場を試料に対して回転させる方法は?
  • 試料のフェルミ面を調べるには?
  • 磁場に対する試料の角度を正確に補正する方法は?

解決方法

機械式ローテーター 

強磁場を必要とする測定では、室温に置かれた機械的なモーターの駆動を試料部まで連結して試料を回転させることが可能なステージです。回転した試料に対して、柔軟性を持たせた配線を用いて電気的なコンタクトが可能です。

  • ドライブロッドとステッピングモーターを常温で組み合わせることで、サンプルの角度を正確に設定すること可能
  • ベクトルマグネットより大きな磁場が利用可能
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ピエゾ型ローテータ 

高磁場が必要だが、駆動ロッドを設置できないような測定では、ピエゾ型ローテータを使用することができます。  この構成では、回転子は電気的に駆動され、エンコーダを使用して試料の角度を決定することができます。

  • ベクトル磁石より大きな磁場へのアクセスを可能
  • 電気式駆動であり、機械的な駆動ロッドが入らないようなシステムにも設置可能
  • シンプルな設計で、試料と室温の間に機械的な連結が不要
  • 機械式ローテーターと組み合わせることで、磁場に対して多軸の回転が可能
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機械式ローテーターと試料ホルダ

ベクトルマグネット

直交する2つ以上の超電導コイルからなるベクトル磁石は、それぞれのコイルに流す電流を変えることで磁場の向きを制御することが可能です。これにより、磁場を多軸の複雑な経路で掃引することが可能になります。

固定された試料では、より高い周波数の配線や試料への光学的アクセスを必要とする測定が実現できます。 

  • 試料は固定 - セミリジッドな電気的接続が可能
  • 試料部は様々な経路で光学的アクセスが可能
  • 駆動用のドライブシャフトが不要
  • 迅速な試料交換が可能
  • マグネット電源による磁場ベクトルの正確な制御
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試料ホルダと固定式サンプルホルダ

Choose the right option

  Magnetic field Number of rotation axes Typical performance Typical configuration
機械式/ピエゾ型 ローテーター <16 T 1 (又は機械式と圧電式ローテータを組み合わせた場合に 2) ±180 °  (試料への配線による制限)

TeslatronPT 14T 機械式ローテータープローブ付き

Advantages:
- 温度範囲 1.4 to 300 K
- 試料ホルダに試料のESD保護機構付き


ベクトルマグネット

<9 T

標準型
6 T 垂直方向 (Z), 1 T 水平方向 (X 及び Y) 
9 T 垂直方向 (Z), 1 T 水平方向 (X and Y)

 2, 3   最大磁場のとき2.5 ⁰
全磁場方位1 T 
 

Proteox 500 及び ベクトルマグネット6/1/1T マグネットボア 72 mm ボトムローディング機構付き

Advantages:
- ベース温度 10 mK
- 迅速な試料交換
- 試料まで高周波配線14 本及び DC配線48 本
- 光学ポート設置可能

 

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