CN117989807A - 低温装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温装置。低温装置包括真空室；真空室中的冷却组件；以及在真空室处并且配置为由冷却组件冷却的热接口组件。

Description

低温装置

技术领域

本发明涉及一种低温装置、具有该低温装置的系统以及操纵和/或操作低温装置的方法。更特别地，本发明涉及一种允许外部真空室连接到低温装置而不破坏外部真空室中的真空的热接口。

背景技术

对于各种应用，需要实现小于1·10^-9mbar的非常高的真空，例如用于构建基于捕获离子的量子计算机。该真空度可以通过借助涡轮分子泵对真空容器抽气并将容器的温度升高到超过100℃以加快气体的解吸来实现。该过程花费几周时间才能达到所需的真空条件。

另一种技术是对容器或容器部件抽气并冷却至低于70K的温度，以增加气体在冷表面上的吸附，从而提高真空质量。为了实现甚至更好的真空质量，可以结合这两种技术。然而，这通常需要在烘烤后将真空容器连接到制冷器，因为低温系统中的许多组件不能长时间承受高于100℃的温度，而最有效的真空产生在高于150℃的温度实现。

鉴于上述情况，克服现有技术中的至少一些问题的新的低温装置、具有该低温装置的系统以及操纵和/或操作低温装置的方法是有益的。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温装置、具有该低温装置的系统以及操纵和/或操作低温装置的方法，其可以有利于在真空室内提供低温，同时在真空室中保持高真空质量。本发明的另一目的是提高低温装置的运行效率。

根据本发明的独立方面，提供了一种低温装置。低温装置包括真空室、真空室中的冷却组件以及在真空室处(例如真空室的外部处)并且配置为由冷却组件冷却的热接口组件。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置可连接到外部真空室。

优选地，在外部真空室中存在真空的状态下，低温装置可连接到外部真空室。

真空通常理解为基本上没有物质的空间。本申请通篇使用的术语“真空”尤其理解为技术真空，即气体压力远小于大气压的区域。真空室内部的真空可以是高真空、超高真空或极高真空(XHV)。一个或多个真空产生源、例如涡轮泵和/或低温泵和/或离子吸气泵可以连接到真空室以产生真空。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置可连接到外部真空室，外部真空室具有与低温装置的(第一)热接口组件兼容的(第二)热接口组件。

例如，当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件连接到(例如机械地接触)外部真空室的热接口组件。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，外部真空室包括在其中的载物台。

优选地，当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件连接到外部真空室的热接口组件，以通过低温装置的冷却组件的操作来冷却外部真空室内的载物台。

外部真空室内部的载物台可以配置为支撑或保持一个或多个物体。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，物体是离子阱。通常，离子阱使用电场和/或磁场来捕获离子。离子陷阱可以用于例如构建基于捕获离子的量子计算机(“捕获离子量子计算机”)。

在其他实施例中，物体可以是样品。在这种情况下，载物台也可以称为“样品台”。本发明通篇使用的术语“物体”和“样品”包括但不限于科学材料、电子器件(例如超导电子器件)、有源器件、无源器件、处理单元及其组合。

优选地，物体热连接到载物台。例如，物体可以通过机械部件、例如夹具和/或螺钉附接到载物台，和/或可以粘合到载物台。低温装置可以配置为将载物台并且因此物体冷却至1K和300K之间的范围、特别是4K和300K之间的范围的温度。在一些实施方式中，可以提供达室温的温度以在物体上进行测量和/或测试或者操作物体、例如离子阱。可以使用加热组件提供高于室温的温度。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，在低温装置的真空室中存在真空的状态下，低温装置可连接到外部真空室。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，在外部真空室中存在真空的状态下和/或在低温装置的真空室中存在真空的状态下，低温装置和外部真空室彼此可拆卸。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置的真空室中的真空是主隔热真空。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，至少冷却组件流体地浸入低温装置的真空室中的真空中。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，至少载物台流体地浸入外部真空室中的真空中。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置的真空室与外部真空室分离。因此，低温装置的真空室内部的真空和外部真空室内部的真空可以彼此独立。

优选地，低温装置的真空室和外部真空室不具有共同的室壁。因此，可以独立地建立和维持低温装置的真空室内部的真空和外部真空室内部的真空。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置的热接口组件包括可连接到外部真空室的热接口组件的第三热接口的第一热接口，以通过冷却组件的操作来冷却外部真空室内的载物台。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置的热接口组件包括可连接到外部真空室的热接口组件的第四热接口的第二热接口。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口、第二热接口、第三热接口和第四热接口包括具有高导热率的材料或由其制成。例如，第一热接口、第二热接口、第三热接口和第四热接口可以包括金属材料、例如铜或黄铜或由其制成。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第二热接口配置为由低温装置的冷却组件或另一冷却组件冷却。例如，第一热接口可以连接到第一冷却组件(例如脉冲管冷却器)，并且热接口可以连接到第二冷却组件(例如另一脉冲管冷却器或两级冷却器的第二级)。

优选地，当低温装置连接到外部真空室时，第二热接口连接到外部真空室的第四热接口，以通过冷却组件或其他冷却组件的运行来冷却外部真空室内的至少一个元件。

优选地，外部真空室内的至少一个元件是预冷却台和/或隔热罩。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口和第二热接口配置为分别被冷却至第一温度和第二温度。

优选地，第一温度和第二温度不同。

优选地，第一温度低于第二温度。

优选地，第一温度为100K或以下、40K或以下、4K或以下，或者2K或以下。

另外地或替代地，第二温度为100K或以下、40K或以下，或者4K或以下。

优选地，第一温度为4K或以下并且第二温度为40K或以下。

在示例性实施例中，第一温度在1K和5K之间(例如约4K)并且第二温度在35K和45K之间(例如约40K)。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，冷却组件包括无制冷剂系统、例如无制冷剂闭合循环系统。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，冷却组件包括脉冲管冷却器和/或绝热退磁制冷器和/或吉福德-麦克马洪制冷器和/或珀耳帖冷却器。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口具有第一表面，配置为当低温装置连接到外部真空室时接触外部真空室的第三热接口的第三表面。

优选地，第一热接口的第一表面是基本上平的表面和/或延伸的表面和/或基本上水平的表面和/或顶表面和/或具有基本上圆形的形状。

另外地或替代地，第三热接口的第三表面是基本上平的表面和/或延伸的表面和/或基本上水平的表面和/或底表面和/或具有基本上圆形的形状。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口具有至少一个第一接触元件，配置为接触第三热接口、例如第三热接口的接触表面。

优选地，第三热接口的接触表面包括垂直面和/或倾斜面。

优选地，至少一个第一接触元件布置在第一热接口的侧面和/或圆周处。

优选地，至少一个第一接触元件是弹簧元件。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口配置为接触第三热接口的至少一个第三接触元件。换句话说，第三热接口可以包括至少一个第三接触元件。例如，第一热接口的接触表面可以配置为接触第三热接口的至少一个第三接触元件。

优选地，第一热接口的接触表面包括垂直面和/或倾斜面。

优选地，至少一个第三接触元件是弹簧元件。

优选地，至少一个第三接触元件布置在第三热接口的侧面和/或圆周处。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第三热接口至少部分地围绕第一热接口。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置的第一热接口和第二热接口位于不同高度处，例如沿第一热接口和/或第二热接口的纵向轴线。如果第一热接口和/或第二热接口具有圆柱形形状，则纵向轴线可以是圆柱轴线。

另外地或替代地，外部真空室的第三热接口和第四热接口位于不同高度处，例如沿第三热接口和/或第四热接口的纵向轴线。如果第三热接口和/或第四热接口具有圆柱形形状，则纵向轴线可以是圆柱轴线。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第二热接口具有至少一个第二接触元件，配置为接触第四热接口、例如第四热接口的接触表面。

优选地，第四热接口的接触表面包括垂直表面和/或倾斜表面。

优选地，至少一个第二接触元件布置在第二热接口的侧面和/或圆周处。

优选地，至少一个第二接触元件是弹簧元件。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第二热接口配置为接触第四热接口的至少一个第四接触元件。换句话说，第四热接口可以包括至少一个第四接触元件。例如，第二热接口的接触表面可以配置为接触第四热接口的至少一个第四接触元件。

优选地，第二热接口的接触表面包括垂直表面和/或倾斜表面。

优选地，至少一个第四接触元件是弹簧元件。

优选地，至少一个第四接触元件布置在第四热接口的侧面和/或圆周处。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括支撑第一热接口的第一支撑结构。

优选地，第一支撑结构从下方支撑第一热接口。例如，第一热接口可以附接到第一支撑结构的顶侧。

优选地，第一支撑结构连接到第二热接口以支撑第一热接口。特别地，第一支撑结构的第一端可以连接到第一热接口，第一支撑结构的与第一端相反的第二端可以连接到第二热接口。

另外地或替代地，第一支撑结构具有低导热率。例如，第一支撑结构可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。

另外地或替代地，第一支撑结构具有圆柱形形状。例如，第一支撑结构可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第一热接口可以封闭中空圆柱体的上侧，特别是基本上真空密封的。

另外地或替代地，第一支撑结构包括或者是膜。

另外地或替代地，第一支撑结构、例如膜具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的厚度。

另外地或替代地，第一支撑结构包括一个或多个加强肋。例如，一个或多个加强肋可以围绕第一支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。

另外地或替代地，第一支撑结构包括金属材料、例如不锈钢或者由其制成。在其他实施例中，第一支撑结构可以由玻璃纤维增强塑料制成。

另外地或替代地，第一支撑结构形成为一体件。

另外地或替代地，第一支撑结构是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第一支撑结构可以将低温装置的真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。

优选地，第一支撑结构提供或者是低温装置的真空室的壁。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括支撑第二热接口的第二支撑结构。

优选地，第二支撑结构连接到低温装置的真空室或其另一部件以支撑第二热接口。

在一些实施例中，第二支撑结构的第一端可以连接到低温装置的真空室或其另一部件，第二支撑结构的与第一端相反的第二端可以连接到第二热接口。

另外地或替代地，第二支撑结构具有低导热率。例如，第二支撑结构可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。

另外地或替代地，第二支撑结构具有圆柱形形状。例如，第二支撑结构可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第二支撑结构可以布置在第二支撑结构的内部空间中。在另一实施例中，第二支撑结构可以布置在第二支撑结构之上。

另外地或替代地，第二支撑结构包括或者是膜。

另外地或替代地，第二支撑结构、例如膜具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的厚度。

另外地或替代地，第二支撑结构包括一个或多个加强肋。例如，一个或多个加强肋可以围绕第二支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。

另外地或替代地，第二支撑结构包括金属材料、例如不锈钢或者由其制成。在其他实施例中，第二支撑结构可以由玻璃纤维增强塑料制成。

另外地或替代地，第二支撑结构形成为一体件。

另外地或替代地，第二支撑结构是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第二支撑结构可以将低温装置的真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。

优选地，第二支撑结构提供或者是低温装置的真空室的壁。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，外部真空室的热接口组件包括支撑第三热接口的第三支撑结构。

优选地，第三支撑结构从下方支撑第三热接口。例如，第三热接口可以附接到第三支撑结构的顶侧。

优选地，第三支撑结构连接到第四热接口以支撑第三热接口。特别地，第三支撑结构的第一端可以连接到第三热接口，第三支撑结构的与第一端相反的第二端可以连接到第四热接口。

另外地或替代地，第三支撑结构具有低导热率。例如，第三支撑结构可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。

另外地或替代地，第三支撑结构具有圆柱形形状。例如，第三支撑结构可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第三热接口可以封闭中空圆柱体的上侧，特别是基本上真空密封的。

另外地或替代地，第三支撑结构包括或者是膜。

另外地或替代地，第三支撑结构、例如膜具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的厚度。

另外地或替代地，第三支撑结构包括一个或多个加强肋。例如，一个或多个加强肋可以围绕第三支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。

另外地或替代地，第三支撑结构包括金属材料、例如不锈钢或者由其制成。在其他实施例中，第三支撑结构可以由玻璃纤维增强塑料制成。

另外地或替代地，第三支撑结构形成为一体件。

另外地或替代地，第三支撑结构是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第三支撑结构可以将外部真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。

优选地，第三支撑结构提供或者是外部真空室的壁。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，外部真空室的热接口组件包括支撑第四热接口的第四支撑结构。

优选地，第四支撑结构连接到外部真空室、例如其凸缘以支撑第四热接口，例如处于悬挂状态。特别地，第四支撑结构的第一端可以连接到外部真空室、例如其凸缘，第四支撑结构的与第一端相反的第二端可以连接到第四热接口。

另外地或替代地，第四支撑结构具有低导热率。例如，第四支撑结构可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。

另外地或替代地，第四支撑结构具有圆柱形形状。例如，第四支撑结构可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第三支撑结构可以布置在第四支撑结构的内部空间中。

另外地或替代地，第四支撑结构包括或者是膜。

附加地或替代地，第四支撑结构、例如膜具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的厚度。

另外地或替代地，第四支撑结构包括一个或多个加强肋。例如，一个或多个加强肋可以围绕第四支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。

另外地或替代地，第四支撑结构包括金属材料、例如不锈钢或者由其制成。在其他实施例中，第四支撑结构可以由玻璃纤维增强塑料制成。

另外地或替代地，第四支撑结构形成为一体件。

另外地或替代地，第四支撑结构是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第四支撑结构可以将外部真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。

优选地，第四支撑结构提供或者是外部真空室的壁。

根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第四热接口和/或其延伸部在第三支撑结构和第四支撑结构之间从热接口组件的底侧延伸至顶侧。在一些实施例中，第四热接口和/或在第三支撑结构和第四支撑结构之间延伸的延伸部可以提供隔热罩。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，当低温装置连接到外部真空室时，第一支撑结构、第二支撑结构、第三支撑结构和第四支撑结构同心地布置、例如同心地嵌套。例如，支撑结构可以按照以下顺序布置(从内到外)：第一支撑结构、第三支撑结构、第四支撑结构和第二支撑结构。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口延伸至低温装置的真空室的外部。

优选地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第一热接口暴露于低温装置的真空室的外部。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第二热接口延伸至低温装置的真空室的外部。

优选地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第二热接口暴露于低温装置的真空室的外部。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第三热接口延伸至外部真空室的外部。

优选地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第三热接口暴露于外部真空室的外部。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第四热接口延伸至外部真空室的外部。

优选地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第四热接口暴露于外部真空室的外部。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括在真空室处的至少一个第一电接口。至少一个第一电接口可以配置为当低温装置连接到外部真空室时连接到外部真空室的至少一个第二电接口。

在一些实施例中，至少一个第一电接口和至少一个第二电接口是自定心接口。例如，低温装置可以包括第一引导结构，配置为在低温装置和外部真空室的连接过程期间引导外部真空室的第二引导结构。第一引导结构和第二引导结构可以通过引导至少一个第一电接口和至少一个第二电接口以将它们连接处于限定的位置来提供自定心功能。

优选地，至少一个第一电接口包括DC接口和RF接口的至少一种。

优选地，至少一个第二电接口包括DC接口和RF接口的至少一种。

优选地，至少一个第一电接口和至少一个第二电接口用于控制外部真空室内部的物体。另外地或替代地，至少一个第一电接口和至少一个第二电接口用于执行和/或控制外部真空室内部的物体测量。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括在真空室处的至少一个第一光学接口。至少一个第一光学接口可以配置为当低温装置连接到外部真空室时连接到外部真空室的第二光学接口。

优选地，至少一个第一光学接口和至少一个第二光学接口配置为在外部真空室内部的物体上执行光学测量和/或测试。在一些实施例中，光学测量和/或测试可以使用光束、例如激光束。

根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，当低温装置已经连接到外部真空室并且可选地在连接过程期间，在低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间形成中间空间。

优选地，当低温装置已经连接到外部真空室并且可选地在连接过程期间，低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间的中间空间是基本上真空密封地密封的。

优选地，波纹管可连接在低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间，以基本上真空密封地密封或封闭低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间的中间空间。

优选地，至少一个抽气端口设置在低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间的中间空间处。

优选地，至少一个泵可连接到至少一个抽气端口以在低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件之间的中间空间中建立真空。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括阀，配置为封闭低温装置的热接口组件位于其中的第一空间。

优选地，阀提供至少一个抽气端口。

当低温装置与外部真空室断开时，可以关闭阀。例如，当关闭阀时，可以在低温装置的热接口组件位于其中的第一空间中建立真空。

可以在外部真空室已经附接到低温装置之后打开阀，使得外部真空室的热接口组件可以延伸通过打开的阀，以连接到低温装置的热接口组件。

例如，可以关闭阀，并且可以在低温装置的热接口组件位于其中的第一空间中建立或维持真空。外部真空室可以附接到低温装置，并且可以在外部真空室的热接口组件位于其中的第二空间中建立另一真空。此后，可以打开阀门以连接第一空间和第二空间。然后，外部真空室的热接口组件可以移动通过打开的阀，以与低温装置的热接口组件连接。

优选地，低温装置的热接口组件位于其中的第一空间和外部真空室的热接口组件位于其中的第二空间形成上述中间空间。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，波纹管可连接在阀和外部真空室的热接口组件之间，以密封外部真空室的热接口组件位于其中的第二空间。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置通过线性移动可连接到外部真空室。

优选地，线性移动是外部真空室相对于静止的(即不移动的)低温装置的线性移动。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置在没有旋转移动的情况下可连接到外部真空室。例如，低温装置通过仅线性地移动可连接到外部真空室。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，在冷却组件运行的状态下，低温装置可连接到外部真空室。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括一个或多个保持部件，配置为当低温装置连接到外部真空室时固定低温装置和外部真空室之间的相对位置。

优选地，相对位置固定在线性移动的方向上。

优选地，一个或多个保持部件包括孔、螺纹孔、螺钉、弹簧和夹具的至少一种。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括第一引导结构，配置为在低温装置和外部真空室的连接过程期间引导外部真空室的第二引导结构。第一引导结构和第二引导结构可以提供自定心功能，以将低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件(并且可选地至少一个第一电接口和至少一个第二个电气接口)连接处于限定的位置。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，低温装置包括加热组件，其中，当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件(例如第一热接口)连接到外部真空室的热接口组件(例如第三热接口)，以通过加热组件的操作来加热外部真空室内的载物台。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，外部真空室包括配置为向物体施加磁场的磁装置。

优选地，磁装置包括至少一个超导磁体和/或至少一个(传统的或电阻的)电磁体和/或至少永磁体。

根据本发明的另一独立方面，提供了一种系统。系统包括本发明实施例的低温装置和外部真空室。

根据本发明的另一独立方面，提供了一种真空室。真空室可以如上述外部真空室那样构造。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，真空室可加热至100℃以上、例如150℃以上的温度。

根据本发明的另一独立方面，提供了一种用于低温装置的热接口组件。热接口组件可以如上述低温装置的热接口组件那样构造。

根据本发明的另一独立方面，提供了一种用于真空室的热接口组件。热接口组件可以如上述外部真空室的热接口组件那样构造。

根据本发明的另一独立方面，提供了一种操纵和/或操作低温装置的方法。该方法包括执行外部真空室朝低温装置的线性移动，以在外部真空室中存在真空的状态下使低温装置的热接口组件与外部真空室的热接口组件接触；以及运行低温装置的冷却组件，以冷却低温装置的热接口组件，其中外部真空室内的载物台通过冷却组件的运行并通过低温装置的热接口组件来冷却。

从权利要求、说明书和附图，本发明的其他方面、益处和特征是显而易见的。

附图说明

为了能够详细理解本发明的上述特征的方式，可以参考实施例对上面简要概括的本发明进行更具体的描述。附图涉及本发明的实施例并且说明如下：

图1A示出了根据本文所述的实施例的低温装置和外部真空室处于断开状态的示意图；

图1B示出了根据本文所述的实施例的图1A的低温装置和外部真空室处于连接状态的示意图；

图2示出了根据本文所述的实施例的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的剖视图；

图3示出了图2的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的透视图；

图4示出了图2和3的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于连接状态的剖视图；

图5示出了图2至4的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于连接状态的透视图；

图6示出了根据本文所述的另外的实施例的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的剖视图；

图7示出了图6的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的透视图；

图8示出了图6和7的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于连接状态的剖视图；

图9示出了图6至8的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于连接状态的透视图；和

图10示出了根据本文所述的另外的实施例的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的剖视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施例，其一个或多个示例在附图中说明。在附图的以下说明中，相同的附图标记指代相同的部件。一般而言，仅说明相对于各个实施例的差异。每个示例通过解释本发明的方式提供并且并不意味着是对本发明的限制。此外，作为一个实施例的一部分示出或说明的特征可以用于其他实施例或与其他实施例结合以产生又一实施例。说明旨在包括这样的改进和变化。

对于各种应用，需要实现小于1·10^-9mbar的非常高的真空，例如用于构建基于捕获离子的量子计算机。该真空度可以通过借助涡轮分子泵对真空容器抽气并将容器的温度升高到超过100℃以加快气体的解吸来实现。另一种技术是对容器或容器部件抽气并冷却至低于70K的温度，以增加气体在冷表面上的吸附，从而提高真空质量。为了实现甚至更好的真空质量，可以结合这两种技术。然而，这些过程花费几周时间才能达到所需的真空条件。

本发明的实施例通过提供具有热接口的低温装置克服了上述缺点，热接口允许将外部真空室与物体、如样品或离子阱灵活地附接到其。特别地，外部真空室可以在远程位置准备以实现其中所需的真空条件。例如，通过借助涡轮分子泵对外部真空室抽气并且将温度升高至高于例如100℃的温度(“烘烤”)，可以在外部真空室内部实现高真空度。在实现期望的真空条件之后，可以将外部真空室连接到低温装置而不破坏外部真空室内部的真空。

鉴于上述情况，低温装置没有参与在包含例如科学样品或离子阱的外部真空室内实现高真空度的耗时过程中。因此，可以提高低温装置的运行效率。例如，可以远程准备多个外部真空室，外部真空室仅在测量或测试过程期间而非在真空准备期间附接到低温装置。此外，外部真空室可以仅包含可以加热至100℃以上的温度的部件以实现高真空度。这种烘烤过程对于低温装置通常是不可能的，因为其一些部件不能加热到如此高的温度而不损坏或甚至破坏它们。

图1A示出了根据本文所述的实施例包括低温装置100和外部真空室200的系统1000处于断开状态的示意图。图1B示出了图1A的系统1000处于连接状态的示意图。

低温装置100包括真空室110；真空室110中的冷却组件120A、120B；以及在真空室110处并且配置为由冷却组件120A、120B冷却的热接口组件130。特别地，热接口组件130可以机械地并且因此热地连接到冷却组件120A、120B以冷却热接口组件130。

低温装置100可释放地可连接到外部真空室200。这可以有利于在外部真空室200内提供低温，同时保持外部真空室200中高的真空质量。因此，还可以提高低温装置100的运行效率。

在一些实施例中，在外部真空室200中、例如在外部真空室200的真空容器210中存在真空VE的状态下，低温装置100可连接到外部真空室200。外部真空室200内部的真空VE可以是高真空、超高真空或极高真空。一个或多个真空产生源、例如涡轮泵和/或低温泵(未示出)可以连接到外部真空室200以产生真空VE。

可选地，在低温装置100的真空室110中存在真空VM、如主隔热真空的状态下，低温装置100可连接到外部真空室200。真空室110内部的真空VM可以是高真空或超高真空。一个或多个真空产生源、例如涡轮泵和/或低温泵(未示出)可以连接到真空室110以产生真空VM。

至少冷却组件120A、120B可以直接位于真空室110内部的真空VM中。特别地，冷却组件120A、120B可以流体地浸入在低温装置100的真空室110中的真空VM中。

在一些实施例中，在外部真空室200中存在真空VE的状态下和/或在在低温装置100的真空室110中存在真空VM的状态下，低温装置100和外部真空室200可以是彼此可拆卸的。

低温装置100的真空室110和外部真空室200彼此分离并且不共享共同的室壁。因此，低温装置100的真空室110内部的真空VM和外部真空室200内部的真空VE可以独立地建立和维持。

根据一些实施例，外部真空室200包括在其中的载物台220。载物台220可以流体地浸入在外部真空室200中的真空VE中。载物台200可以配置为支撑或保持一个或多个物体、例如离子阱或样品。优选地，物体热连接到载物台220。例如，物体可以通过机械部件、如夹具和/或螺钉附接到载物台220，和/或可以粘合到载物台。

在示例性但非限制性实施例中，外部真空室200可以包括配置为向物体施加磁场的磁装置(未示出)。优选地，磁装置包括至少一个超导磁体和/或至少一个(传统的或电阻的)电磁体和/或至少永磁体。

低温装置100包括配置为由冷却组件120A、120B冷却的热接口组件130。外部真空室200包括另一热接口组件230，其与低温装置100的热接口组件130是兼容的。

特别地，当低温装置100连接到外部真空室200时，低温装置100的热接口组件130机械地并且因此热地连接到外部真空室200的热接口组件230，以通过低温装置100的冷却组件的运行来冷却外部真空室200内的载物台220。

在一些实施例中，低温装置100可以配置为将载物台220并且因此物体冷却至1K和300K之间的范围、特别是4K和300K之间的范围的温度。在一些实施方式中，可以提供达室温或甚至更高的温度以在物体上进行测量和/或测试或操作物体、例如离子阱。

可选地，低温装置100可以包括配置为加热低温装置100的热接口组件130的加热组件(未示出)。当低温装置100连接到外部真空室200时，低温装置100的热接口组件130可以连接到外部真空室200的热接口组件230，以通过低温装置100的加热组件的运行来加热外部真空室200内的载物台220。

在一些实施例中，低温装置100的热接口组件130包括可连接到外部真空室200的热接口组件230的第三热接口232的第一热接口132，以通过冷却组件120A、120B的运行作来冷却外部真空室200内的载物台220。

可选地，低温装置100的热接口组件130可以包括可连接到外部真空室200的热接口组件230的第四热接口234的第二热接口134。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第二热接口134配置为由低温装置的冷却组件或另一冷却组件冷却。在图1A和1B的示例中，第一冷却组件120A配置为冷却第一热接口132，第二冷却组件120B配置为冷却第二热接口134。

优选地，当低温装置100连接到外部真空室200时，第二热接口134连接到外部真空室200的第四热接口234，以通过冷却组件或其他冷却组件的运行来冷却外部真空室200内的至少一个元件。外部真空室200内的至少一个元件可以是预冷却台和/或隔热罩，但不限于此。

第一热接口132和第二热接口134可以配置为分别冷却至第一温度和第二温度。优选地，第一温度低于第二温度。例如，第一温度为100K或以下、40K或以下、4K或以下或者2K或以下。另外地或替代地，第二温度为100K或以下、40K或以下或者4K或以下。在示例性实施例中，第一温度可以在1K和5K之间(例如约4K)，第二温度可以在35K和45K之间(例如40K)。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，冷却组件、例如第一冷却组件120A和第二冷却组件120B包括无制冷剂闭合循环系统。例如，冷却组件、如第一冷却组件120A和第二冷却组件120B可以包括脉冲管冷却器。

根据一些实施例，低温装置100可以包括在真空室110处并且配置为当低温装置100连接到外部真空室200时连接到外部真空室200的至少一个第二电接口的至少一个第一电接口。至少一个第一电接口可以包括DC接口和RF接口的至少一种。同样，至少一个第二电接口可以包括DC接口和RF接口的至少一种。

另外地或替代地，低温装置100可以包括在真空室110处并且配置为当低温装置连接到外部真空室时连接到外部真空室200的至少一个第二光学接口的至少一个第一光学接口。至少一个第一光学接口和至少一个第二光学接口可以配置为在外部真空室内部的物体是上执行光学测量和/或测试。

根据一些实施例，低温装置100通过线性移动可连接到外部真空室200。线性移动可以是外部真空室200相对于静止的(即不移动的)低温装置100的线性移动。低温装置100可以在没有旋转移动的情况下可连接到外部真空室200。例如，低温装置100可以通过仅线性地移动可连接到外部真空室200。

在一些实施例中，低温装置包括一个或多个保持部件(未示出)，配置为当低温装置100连接到外部真空室200时固定低温装置100和外部真空室200之间的相对位置。优选地，一个或多个保持部件包括孔、螺纹孔、螺钉、弹簧和夹具的至少一种。

根据一些实施例，低温装置100包括第一引导结构(未示出)，配置为在低温装置100与外部真空室200的连接过程期间引导外部真空室200的第二引导结构(未示出)。第一引导结构和第二引导结构可以提供自定心功能，以将低温装置100的热接口组件和外部真空室200的热接口组件(以及可选地低温装置100和外部真空室200的电接口)连接处于限定的位置。

图2示出了根据本文所述的实施例的低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400处于断开状态的剖视图。图3示出了图2的低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400处于断开状态的透视图。图4示出了图2和3的低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400处于连接状态的剖视图。图5示出了图2至4的低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400处于连接状态的透视图。

低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400类似于参考图1A和1B所述的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件，并且以下省略相似或相同方面的说明。

虽然图2至5未示出，但是真空容器可附接到热接口组件400的顶侧、例如其凸缘402，以提供在其中可以建立和维持真空VE的密封空间。

低温装置的热接口组件300包括可连接到外部真空室的热接口组件400的第三热接口410的第一热接口310，以冷却流体地浸入在真空VE中的载物台(未示出)。特别地，载物台可以机械地并且因此热地连接到热接口组件400的第三热接口410，以通过第一热接口310和第三热接口410冷却载物台。

低温装置的热接口组件300进一步包括可连接到外部真空室的热接口组件400的第四热接口420的第二热接口320。当低温装置连接到外部真空室时，第二热接口320连接到外部真空室的第四热接口420，以冷却外部真空室内的至少一个元件。外部真空室内的至少一个元件可以是预冷却台和/或隔热罩404。

第一热接口310和第二热接口320可以配置为分别冷却至第一温度和第二温度。优选地，第一温度低于第二温度。例如，第一温度可以在1K和5K之间(例如约4K)，第二温度可以在35K和45K之间(例如40K)。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第一热接口310、第二热接口320、第三热接口410和第四热接口420包括具有高导热率的材料或由其制成。例如，第一热接口310、第二热接口320、第三热接口410和第四热接口420包括金属材料、例如铜或黄铜。

第一热接口310、第二热接口320、第三热接口410和第四热接口420可以由相同的材料制成或者可以由不同的材料制成。

在一些实施例中，第一热接口310可以具有第一表面312，配置为当低温装置连接到外部真空室时接触外部真空室的第三热接口410的第三表面412。第一表面312可以是基本上平的表面和/或延伸的表面和/或基本上水平的表面和/或顶表面和/或具有基本上圆形的形状。第三表面412可以是基本上平的表面和/或延伸的表面和/或基本上水平的表面和/或底表面和/或具有基本上圆形的形状。

第一热接口310可以具有至少一个第一接触元件314(优选地多个第一接触元件314)，配置为接触第三热接口410、如第三热接口410的接触表面414。第三热接口410的接触表面414可以包括垂直表面和/或倾斜表面。至少一个第一接触元件314可以是弹簧元件和/或可以布置在第一热接口310的侧面和/或圆周处、特别是外圆周处。

另外地或替代地，第三热接口410可以具有至少一个第三接触元件(优选地多个第三接触元件；未示出)，配置为接触第一热接口310、如第一热接口310的(接触)表面316。第一热接口310的(接触)表面316可以包括垂直表面和/或倾斜表面。至少一个第三接触元件可以是弹簧元件和/或可以布置在第一热接口310的内圆周处。

在一些实施例中，第二热接口320可以具有至少一个第二接触元件322(优选地多个第二接触元件322)，配置为接触第四热接口420、如第四热接口420的接触表面422。第四热接口420的接触表面422可以包括垂直表面和/或倾斜表面。至少一个第二接触元件322可以是弹簧元件和/或可以布置在第二热接口320的侧面和/或圆周处。

另外地或替代地，第四热接口420可以具有至少一个第四接触元件(优选地多个第四接触元件；未示出)，配置为接触第二热接口320、如第二热接口320的(接触)表面324。第二热接口320的(接触)表面324可以包括垂直表面和/或倾斜表面。至少一个第四接触元件可以是弹簧元件和/或可以布置在第四热接口420的内圆周处。

术语“垂直”理解为区别于“水平”。也就是说，“垂直”涉及元件和/或表面基本上垂直的布置，其中与精确的垂直布置偏离几度、例如达10°或甚至达15°仍然认为是“垂直布置”或“基本上垂直”。垂直方向可以基本上平行于重力。

根据一些实施例，当低温装置连接到外部真空室时，第三热接口410至少部分地围绕第一热接口310。

根据一些实施例，当低温装置连接到外部真空室时，第四热接口420至少部分地围绕第二热接口320。

低温装置的第一热接口310和第二热接口320可以位于不同高度处，例如沿第一热接口310和/或第二热接口320的纵向轴线。另外地或替代地，外部真空室的第三热接口410和第四热接口420位于不同高度处，例如沿第三热接口410和/或第四热接口420的纵向轴线。

在一些实施例中，第一热接口310、第二热接口320、第三热接口410和第四热接口420可以具有共同的纵向轴线、例如圆柱轴线，如果第一热接口310、第二热接口320、第三热接口410和第四热接口420具有圆柱形形状。

根据一些实施例，低温装置、特别是低温装置的热接口组件包括支撑第一热接口310的第一支撑结构330。第一支撑结构300可以从下方支撑第一热接口310。例如，第一热接口310可以附接到第一支撑结构330的顶侧。

第一支撑结构330可以连接到第二热接口320以支撑第一热接口310。例如，第一支撑结构330的第一端可以连接到第一热接口310，第一支撑结构330的与第一端相反的第二端可以连接到第二热接口320。

第一支撑结构330可以具有低导热率以最小化第一热接口310和第二热接口320之间的热传递。在一些实施例中，第一支撑结构330可以由玻璃纤维增强塑料制成和/或可以形成为一体件。

在一些实施例中，第一支撑结构330可以具有圆柱形形状。例如，第一支撑结构330可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第一热接口310可以封闭中空圆柱体的上侧，特别是基本上真空密封的。

第一支撑结构330可以将低温装置的真空室内部的真空VM与外部基本上真空密封地密封。特别地，第一支撑结构330可以提供或者是低温装置的真空室的壁。

根据一些实施例，低温装置、特别是低温装置的热接口组件包括支撑第二热接口320的第二支撑结构340。如图2至5所示，其上安装有第一热接口310的第一支撑结构330可以附接到第二热接口320的第一(上)侧，第二支撑结构340可以安装到第二热接口320的第二(下)侧。因此，在一些实施例中，第二支撑结构340可以支撑第二热接口320、第一支撑结构330和第一热接口310。

在一些实施例中，第二热接口320可以具有环形形状。

第二支撑结构340可以连接到低温装置的真空室或低温装置的另一部分以支撑至少第二热接口320。第二支撑结构340可以具有低导热率以最小化到第二热接口320的热传递。在一些实施例中，第二支撑结构340可以由玻璃纤维增强塑料制成和/或可以形成为一体件。

在一些实施例中，第二支撑结构340可具有圆柱形形状。例如，第二支撑结构340可以是中空圆柱体。

第二支撑结构340可以将低温装置的真空室内部的真空VM与外部基本上真空密封地密封。特别地，第二支撑结构340可以提供或者是低温装置的真空室的壁。

根据一些实施例，外部真空室的热接口组件400包括支撑第三热接口410的第三支撑结构430。第三支撑结构430可以从下方支撑第三热接口410。例如，第三热接口410可以附接到第三支撑结构430的顶侧。

第三支撑结构430可以连接到第四热接口420以支撑第三热接口410。特别地，第三支撑结构430的第一端可以连接到第三热接口410，第三支撑结构430的与第一端相反的第二端可以连接到第四热接口420。

第三支撑结构430可以具有低导热率以最小化第三热接口410和第四热接口420之间的热传递。在一些实施例中，第三支撑结构430可以由金属材料、例如不锈钢制成。

在一些实施例中，第三支撑结构430可以具有圆柱形形状。例如，第三支撑结构430可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第三热接口410可以封闭中空圆柱体的上侧，特别是基本上真空密封的。

在一些实施例中，第三支撑结构430包括或者是具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下厚度的膜。可选地，第三支撑结构430包括一个或多个加强肋432。例如，一个或多个加强肋432可以围绕第三支撑结构430的圆周延伸、特别是水平地延伸。一个或多个加强肋432增加了第三支撑结构430对于真空力的鲁棒性。

第三支撑结构430可以是基本上真空密封的。例如，第三支撑结构430可以将外部真空室内部的真空VE与外部基本上真空密封地密封。第三支撑结构430可以提供或者是外部真空室的壁。

根据一些实施例，外部真空室的热接口组件400包括支撑第四热接口420的第四支撑结构440。第四支撑结构440例如通过凸缘402连接到外部真空室，以支撑第四热接口420，例如处于悬搁状态。特别地，第四支撑结构440的第一端可以连接到凸缘402，第四支撑结构440的与第一端相反的第二端可以连接到第四热接口420。

第四支撑结构440可以具有低热导率以最小化到第四热接口420的热传递。在一些实施例中，第四支撑结构440可以由金属材料、如不锈钢制成。

在一些实施例中，第四支撑结构440可以具有圆柱形形状。例如，第四支撑结构440可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第四热接口420可以具有环形形状。

在一些实施例中，第四支撑结构440包括或者是具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下厚度的膜。可选地，第四支撑结构440包括一个或多个加强肋442。例如，一个或多个加强肋442可以围绕第四支撑结构440的圆周延伸、特别是水平地延伸。一个或多个加强肋442增加了第四支撑结构440对于真空力的鲁棒性。

第四支撑结构440可以是基本上真空密封的。例如，第四支撑结构440可以将外部真空室内部的真空VE与外部基本真空密封地密封。第四支撑结构440可以提供或者是外部真空室的壁。

根据可与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，第四热接口420和/或其延伸部、例如隔热罩404在第三支撑结构430和第四支撑结构440之间从第三支撑结构430和第四支撑结构440的底侧延伸至顶侧。

如图4和5所示，当低温装置连接到外部真空室时，第一支撑结构330、第二支撑结构340、第三支撑结构430和/或第四支撑结构440同心地布置。

在一些实施例中，第一热接口310延伸至低温装置的真空室的外部。特别地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第一热接口310可以暴露于真空室的外部。

在一些实施例中，第二热接口320延伸至低温装置的真空室的外部。特别地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第二热接口320可以暴露于真空室的外部。

在一些实施例中，第三热接口410延伸至外部真空室的外部。特别地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第三热接口410可以暴露于外部真空室的外部。

在一些实施例中，第四热接口420延伸至外部真空室的外部。特别地，在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第四热接口420可以暴露于外部真空室的外部。

当低温装置连接到外部真空室时，在低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400之间形成中间空间S(图4和图5)。优选地，当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400之间的中间空间S是基本上真空密封地密封的。

在一些实施例中，至少一个抽气端口(未示出)可以设置在低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400之间的中间空间S处。优选地，至少一个泵可连接到至少一个抽气端口，以在低温装置已经连接到外部真空室后在低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400之间的中间空间S中建立真空。

因此，低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400位于在中间空间S中形成的真空中。这可以提高冷却效率并防止湿气在低温装置的热接口组件300和外部真空室的热接口组件400处凝结。

在中间空间S中形成的真空独立于低温装置的真空室中的真空VM和外部真空室中的真空VE。换句话说，可以提供三个独立的真空区域。

图6示出了根据本文所述的实施例的低温装置的热接口组件500和外部真空室的热接口组件600处于断开状态的剖视图。图7示出了图6的低温装置的热接口组件500和外部真空室的热接口组件600处于断开状态的透视图。图8示出了图6和7的低温装置的热接口组件500和外部真空室的热接口组件600处于连接状态的剖视图。图9示出了图6至8的低温装置的热接口组件500和外部真空室的热接口组件600处于连接状态的透视图。

虽然图6至9未示出，但是真空容器可以附接到热接口组件600的顶侧、例如其凸缘402，以提供在其中可以建立和维持真空VE的密封空间。

低温装置的热接口组件500和外部真空室的热接口组件600类似于参考图1至5所述的热接口组件，并且以下省略相似或相同方面的说明。

特别地，外部真空室的热接口组件600配置为类似于参考图1至5所述的外部真空室的热接口组件。

此外，低温装置的热接口组件500与参考图1至5所述的低温装置的热接口组件的不同在于第一支撑结构和第二支撑结构的构造。

第一支撑结构530支撑第一热接口310。优选地，第一支撑结构530从下方支撑第一热接口310。例如，第一热接口310可以附接到第一支撑结构530的顶侧。

在一些实施例中，第一支撑结构530连接到第二热接口320以支撑第一热接口310。特别地，第一支撑结构530的第一端可以连接到第一热接口310，第一支撑结构530的与第一端相反的第二端可以连接到第二热接口320。

另外地或替代地，第一支撑结构530具有低导热率。例如，第一支撑结构530可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。由此，第一热接口310可以与第二热接口320热隔离。

在一些实施例中，第一支撑结构530包括或者是膜。第一支撑结构530、例如膜可以具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的小厚度以降低热传导。第一支撑结构530可以包括金属材料、例如具有低导热率的不锈钢或者由其制成。在一些实施例中，第一支撑结构530、例如膜形成为一体件。

另外地或替代地，第一支撑结构530具有圆柱形形状。例如，第一支撑结构530可以是中空圆柱体。在一些实施例中，第一热接口310可以封闭中空圆柱体的上侧，特别是基本上真空密封的。

第一支撑结构530可以包括一个或多个加强肋532。例如，一个或多个加强肋532可以围绕第一支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。一个或多个加强肋532增加第一支撑结构530对于真空力的鲁棒性。

另外地或替代地，第一支撑结构530是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第一支撑结构530可以将低温装置的真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。优选地，第一支撑结构530提供或者是低温装置的真空室的壁。

第二支撑结构540支撑第二热接口320。优选地，第二支撑结构540从上方支撑第二热接口320，例如处于悬搁状态。特别地，第二支撑结构540的第一端可以连接到低温装置的真空室、例如其凸缘502，第二支撑结构540的与第一端相反的第二端可以连接到第二热接口320。优选地，第二热接口320具有环形形状。

第二支撑结构540可以具有低导热率。例如，第二支撑结构540可以具有1W/(Km)或以下或者0.5W/(Km)或以下的导热率。由此，第二热接口320可以与处于室温的凸缘502热隔离。

在一些实施例中，第二支撑结构540包括或者是膜。第二支撑结构540、例如膜可以具有0.5mm或以下或者0.2mm或以下的小厚度以降低热传导。第二支撑结构540可以包括金属材料、例如具有低导热率的不锈钢或者由其制成。在一些实施例中，第二支撑结构540、例如膜形成为一体件。

另外地或替代地，第二支撑结构540具有圆柱形形状。例如，第二支撑结构540可以是中空圆柱体。

第二支撑结构540可以包括一个或多个加强肋542。例如，一个或多个加强肋542可以围绕第二支撑结构的圆周延伸、特别是水平地延伸。一个或多个加强肋542增加第二支撑结构540对于真空力的鲁棒性。

另外地或替代地，第二支撑结构540是基本上真空密封的(特别是与其他壁和/或装置部件组合)。例如，第二支撑结构540可以将低温装置的真空室内部的真空与外部基本上真空密封地密封。优选地，第二支撑结构540提供或者是低温装置的真空室的壁。

根据一些实施例，当低温装置连接到外部真空室时，第一支撑结构530、第二支撑结构540、第三支撑结构430和第四支撑结构440同心地布置、例如同心地嵌套。例如，支撑结构可以按照以下顺序布置(从内到外)：第一支撑结构530、第三支撑结构430、第四支撑结构440和第二支撑结构540。

图10示出了根据本文所述的另外的实施例的低温装置的热接口组件和外部真空室的热接口组件处于断开状态的剖视图。图10的实施例对应于图6至9所示的实施例并有以下增加。

低温装置包括阀700，配置为封闭低温装置的热接口组件位于其中的第一空间S1。优选地，阀提供至少一个抽气端口。

当低温装置与外部真空室断开时，可以关闭阀70。例如，当关闭阀700时，可以在低温装置的热接口组件位于其中的第一空间S1中建立真空。在外部真空室已经附接到低温装置之后可以打开阀700，使得外部真空室的热接口组件可以延伸通过打开的阀700，以连接到低温装置的热接口组件。

更详细地，可以关闭阀700，并且可以在低温装置的热接口组件位于其中的第一空间S1中建立或维持真空。外部真空室可以附接到低温装置，并且可以在外部真空室的热接口组件位于其中的第二空间S2中建立另一真空。此后，可以打开阀门400以连接第一空间S1和第二空间S2。然后，外部真空室的热接口组件可以移动通过打开的阀700，以与低温装置的热接口组件连接(用箭头1指示)。

根据一些实施例，波纹管710可连接在阀700和外部真空室的热接口组件、例如凸缘402之间，以密封外部真空室的热接口组件位于其中的第二空间S2。波纹管710是柔性的并且因此允许外部真空室的热接口组件移动通过打开的阀700，以与低温装置的热接口组件连接。

鉴于上述情况，低温装置没有参与在低温装置不涉及在包含例如科学样品或离子阱的外部真空室内实现高真空度的耗时过程中。因此，可以提高低温装置的运行效率。例如，可以远程准备多个外部真空室，外部真空室仅在测量或测试过程期间而非在真空准备期间附接到低温装置。此外，外部真空室可仅包含可以加热至100℃以上温度的组件以实现高真空度。这种烘烤过程对于低温装置通常是不可能的，因为其一些部件不能加热到如此高的温度而不损坏或甚至破坏它们。

虽然前述内容涉及本发明的实施例，但是可以设计本发明的其他和另外的实施例而不脱离其基本范围，并且其范围由所附权利要求确定。

Claims (15)

1.一种低温装置，包括：

真空室；

真空室中的冷却组件；和

在真空室处并且配置为由冷却组件冷却的热接口组件，

其中在外部真空室中存在真空的状态下，低温装置可连接到外部真空室，并且

其中当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件连接到外部真空室的热接口组件，以通过冷却组件的运行来冷却外部真空室内的载物台。

2.根据权利要求1所述的低温装置，其中：

在低温装置的真空室中存在真空的状态下，低温装置可连接到外部真空室；和/或

在外部真空室中存在真空的状态下和/或在低温装置的真空室中存在真空的状态下，低温装置和外部真空室彼此可拆卸；和/或

低温装置的真空室中的真空为主隔热真空；和/或

冷却组件流体地浸入在低温装置的真空室中的真空中；和/或

低温装置的真空室与外部真空室分离，特别地，其中低温装置的真空室和外部真空室不具有共同的室壁。

3.根据权利要求1或2所述的低温装置，其中低温装置的热接口组件包括：

可连接到外部真空室的热接口组件的第三热接口的第一热接口，以通过冷却组件的运行来冷却外部真空室内的载物台；和

可连接到外部真空室的热接口组件的第四热接口的第二热接口。

4.根据权利要求3所述的低温装置，其中：

第二热接口配置为由低温装置的冷却组件或另一冷却组件冷却，并且当低温装置连接到外部真空室时，第二热接口连接到外部真空的第四热接口，以通过冷却组件或另一冷却组件的运行来冷却外部真空室内的至少一个元件；和/或

第一热接口和第二热接口配置为分别被冷却至第一温度和第二温度，其中第一温度和第二温度不同，特别地，其中第一温度低于第二温度和/或第一温度和第二温度为100K或以下、40K或以下，或者4K或以下；和/或

冷却组件包括无制冷剂闭合循环系统，特别是脉冲管冷却器和/或绝热退磁制冷器。

5.根据权利要求3或4所述的低温装置，其中：

第一热接口具有第一表面，其配置为当低温装置连接到外部真空室时接触外部真空室的第三热接口的第三表面，特别地，其中第一表面是基本上平的表面和/或延伸的表面和/或具有基本上圆形的形状和/或是基本上水平的表面和/或顶表面；和/或

第一热接口具有配置为接触第三热接口的至少一个第一接触元件和/或第一热接口配置为接触第三热接口的至少一个第三接触元件，特别地，其中至少一个第一接触元件和/或至少一个第三接触元件是弹簧元件。

6.根据权利要求3至5任一项所述的低温装置，其中：

第三热接口至少部分地围绕第一热接口；和/或

低温装置的第一热接口和第二热接口位于不同高度处；和/或

第二热接口具有配置为接触第四热接口的至少一个第二接触元件和/或第二热接口配置为接触第四热接口的至少一个第四接触元件，特别地，其中至少一个第二接触元件和/或至少一个第四接触元件是弹簧元件。

7.根据权利要求3至6任一项所述的低温装置，进一步包括支撑第一热接口的第一支撑结构，特别地，其中：

第一支撑结构连接到第二热接口以支撑第一热接口；和/或

第一支撑结构具有低导热率；和/或

第一支撑结构具有圆柱形形状；和/或

第一支撑结构包括或者是膜；和/或

第一支撑结构包括一个或多个加强肋；和/或

第一支撑结构由金属制成；和/或

第一支撑结构形成为一体件；和/或

第一支撑结构是真空密封的。

8.根据权利要求3至7任一项所述的低温装置，进一步包括支撑第二热接口的第二支撑结构，特别地，其中：

第二支撑结构连接到真空室以支撑第二热接口；和/或

第二支撑结构具有低导热率；和/或

第二支撑结构具有圆柱形形状；和/或

第二支撑结构包括或者是膜；和/或

第二支撑结构包括一或多个加强肋；和/或

第二支撑结构由金属制成；和/或

第二支撑结构形成为一体件；和/或

第二支撑结构是真空密封的。

9.根据权利要求3至8任一项所述的低温装置，其中外部真空室的热接口组件包括支撑第三热接口的第三支撑结构，特别地，其中：

第三支撑结构连接到第四热接口以支撑第三热接口；和/或

第三支撑结构具有低导热率；和/或

第三支撑结构具有圆柱形形状；和/或

第三支撑结构包括或者是膜；和/或

第三支撑结构包括一或多个加强肋；和/或

第三支撑结构由金属制成；和/或

第三支撑结构形成为一体件；和/或

第三支撑结构是真空密封的。

10.根据权利要求3至9任一项所述的低温装置，其中外部真空室的热接口组件包括支撑第四热接口的第四支撑结构，特别地，其中：

第四支撑结构连接到外部真空室以支撑第四热接口；和/或

第四支撑结构具有低导热率；和/或

第四支撑结构具有圆柱形形状；和/或

第四支撑结构包括或者是膜；和/或

第四支撑结构包括一或多个加强肋；和/或

第四支撑结构由金属制成；和/或

第四支撑结构形成为一体件；和/或

第四支撑结构是真空密封的。

11.根据权利要求3至10任一项所述的低温装置，其中：

第一热接口延伸至真空室的外部，特别地，其中在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第一热接口暴露于真空室的外部；和/或

第二热接口延伸至真空室的外部，特别地，其中在外部真空室未连接到低温装置的状态下，第二热接口暴露于真空室的外部。

12.根据权利要求1至11任一项所述的低温装置，进一步包括：

在真空室处并且配置为当低温装置连接到外部真空室时连接到外部真空室的至少一个第二电接口的至少一个第一电接口，特别地，其中至少一个第一电接口包括DC接口和RF接口的至少一种；和/或

在真空室处并且配置为当低温装置连接到外部真空室时连接到外部真空室的至少一个第二光学接口的至少一个第一光学接口。

13.根据权利要求1至12任一项所述的低温装置，其中：

低温装置通过线性移动可连接到外部真空室，特别地，线性移动是外部真空室相对于静止的低温装置的线性移动；和/或

低温装置在没有旋转移动的情况下可连接到外部真空室；和/或

在冷却组件运行的状态下，低温装置可连接到外部真空室。

14.根据权利要求1至13任一项所述的低温装置，进一步包括：

一个或多个保持部件，配置为当低温装置连接到外部真空室时固定低温装置和外部真空室之间的相对位置，特别地，其中相对位置固定在线性移动的方向上和/或一个或多个保持部件包括孔、螺纹孔、螺钉、弹簧和夹具的至少一种；和/或

第一引导结构，配置为在低温装置和外部真空室的连接过程期间引导外部真空室的第二引导结构；和/或

加热组件，其中当低温装置连接到外部真空室时，低温装置的热接口组件连接到外部真空室的热接口组件，以通过加热组件的运行来加热外部真空室内的载物台。

15.一种系统，包括：

根据权利要求1至14任一项所述的低温装置；和

外部真空室。