RU2726268C1

RU2726268C1 - Sample holder for a mpms type squid magnetometer

Info

Publication number: RU2726268C1
Application number: RU2019140955A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Великанов
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-07-10

Abstract

FIELD: measurement technology.SUBSTANCE: invention relates to devices for measurement of variable magnetic values. Sample holder for SQUID-type magnetometer of MPMS type comprises cylindrical tube from organic material, inside of which nonmagnetic cylinder is vertically placed, at that, additionally contains the second cylinder identical to the first one, and non-magnetic bosses, the sample is attached to the upper base of the lower cylinder, on the base of the cylinder on the base of the cylinder there installed are bosses, on which the second cylinder is placed, which is placed from above inside the tube.EFFECT: reduced parasitic signal from holder, increased accuracy and reduced error of magnetic measurements, simplified technology of cylinder manufacturing.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений в следующих областях: физика магнитных явлений, физика конденсированного состояния.The invention relates to devices for measuring variable magnetic quantities and can be used for magnetic measurements in the following areas: physics of magnetic phenomena, condensed matter physics.

СКВИД-магнитометр - это физический прибор на основе эффекта Джозефсона, предназначенный для измерения магнитных полей и их градиентов [Кларк Дж. Принципы действия и применение СКВИДов. - ТИИЭР, 1989, т. 77, №8, с. 118-137].SQUID magnetometer is a physical device based on the Josephson effect, designed to measure magnetic fields and their gradients [Clark J. Principles of operation and application of SQUIDs. - TIIER, 1989, v. 77, No. 8, p. 118-137].

Известна конструкция выпускаемого фирмой «Quantum Design» (Сан-Диего, США) штатного держателя образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS в виде цилиндрической трубки из органического материала, внутрь которой по центру вставлен враспор короткий отрезок такой же трубки, внутрь которого помещают исследуемый образец [Quantum Design. Magnetic Property Measurement System. MPMS MultiVu Application User's Manual. Part Number 1014-110C, p. 3-2]. Снизу в держатель вставляется пробка, а верхней частью держатель крепится к штоку, с помощью которого по вертикальному каналу помещается в источник намагничивающего поля - сверхпроводящий соленоид. В СКВИД-магнитометре типа MPMS силовые линии намагничивающего поля Н направлены вдоль оси трубки.There is a known design of a standard sample holder manufactured by Quantum Design (San Diego, USA) for an MPMS type SQUID magnetometer in the form of a cylindrical tube made of organic material, inside of which a short section of the same tube is inserted in the center, into which the test sample is placed [ Quantum Design. Magnetic Property Measurement System. MPMS MultiVu Application User's Manual. Part Number 1014-110C, p. 3-2]. A plug is inserted into the holder from below, and the holder is attached to the rod with the upper part, through which the vertical channel is placed in the source of the magnetizing field - a superconducting solenoid. In the MPMS type SQUID magnetometer, the lines of force of the magnetizing field H are directed along the axis of the tube.

К недостаткам штатного держателя образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS следует отнести: невозможность точной ориентации образца относительно направления намагничивающего поля; отсутствие жесткой фиксации образца в держателе, приводящее к росту погрешности магнитных измерений из-за изменения ориентации образца под воздействием намагничивающего поля.The disadvantages of the standard sample holder for a SQUID magnetometer type MPMS include: the inability to accurately orient the sample relative to the direction of the magnetizing field; the absence of rigid fixation of the sample in the holder, leading to an increase in the error of magnetic measurements due to a change in the orientation of the sample under the influence of a magnetizing field.

Известна конструкция держателя образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS, представляющая собой цилиндрическую трубку из органического материала с немагнитным цилиндром внутри, имеющим, по меньшей мере, один прямоугольный паз, к плоскости которого жестко крепится образец [RU 2645031 С1, МПК G01R 33/035, опубл. 15.02.2018] (прототип).A known design of the sample holder for a SQUID magnetometer type MPMS, which is a cylindrical tube of organic material with a non-magnetic cylinder inside, having at least one rectangular groove to the plane of which the sample is rigidly attached [RU 2645031 C1, IPC G01R 33/035, publ. 02/15/2018] (prototype).

К недостаткам прототипа следует отнести: ограничение размеров образца размерами паза; наличие паразитного сигнала от держателя, обусловленное наличием паза в цилиндре (уровень паразитного сигнала пропорционален габаритам паза); сложность изготовления цилиндра с пазом.The disadvantages of the prototype include: limiting the size of the sample by the dimensions of the groove; the presence of a spurious signal from the holder, due to the presence of a groove in the cylinder (the level of the spurious signal is proportional to the dimensions of the groove); the difficulty of manufacturing a cylinder with a groove.

Техническим результатом изобретения является уменьшение паразитного сигнала от держателя, увеличение точности и снижение погрешности магнитных измерений, упрощение технологии изготовления цилиндра.The technical result of the invention is to reduce the spurious signal from the holder, increasing accuracy and reducing the error of magnetic measurements, simplifying the manufacturing technology of the cylinder.

Технический результат достигается тем, что в держателе образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS, содержащем цилиндрическую трубку из органического материала, внутри которой вертикально помещен немагнитный цилиндр, новым является то, что держатель дополнительно содержит второй цилиндр, идентичный первому, и немагнитные бобышки, образец крепится к верхнему основанию нижнего цилиндра, сбоку от образца на основании цилиндра устанавливаются бобышки, на которые опирается помещаемый сверху внутри трубки второй цилиндр.The technical result is achieved in that in the sample holder for an MPMS type SQUID magnetometer containing a cylindrical tube of organic material inside which a non-magnetic cylinder is vertically placed, it is new that the holder additionally contains a second cylinder identical to the first, and non-magnetic bosses, the sample is attached to the upper base of the lower cylinder, on the side of the sample on the base of the cylinder, bosses are mounted on which the second cylinder placed on top of the inside of the tube is supported.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых компонентов: второго цилиндра из немагнитного материала, идентичного первому цилиндру; немагнитных бобышек.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new components: a second cylinder of non-magnetic material identical to the first cylinder; non-magnetic bosses.

Эти признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».These signs allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».In the study of other well-known technical solutions in this technical field, signs that distinguish the claimed invention from the prototype are not identified, and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг. 1 представлена конструкция держателя образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS. На фиг. 2 приведен пример размещения образца в держателе.The invention is illustrated using graphic materials. In FIG. Figure 1 shows the design of a sample holder for an MPMS SQUID magnetometer. In FIG. 2 shows an example of placing the sample in the holder.

Держатель образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS (фиг. 1) содержит два одинаковых цилиндра 1,2 из немагнитного материала, цилиндрическую трубку 3 из органического материала и немагнитные бобышки 4. Трубка 3 представляет собой стандартную трубку для изготовления держателей, она поставляется в комплекте со СКВИД-магнитометром типа MPMS. Цилиндры 1 и 2 вставлены в трубку 3. К верхнему основанию цилиндра 1 жестко крепится исследуемый образец 5. Сбоку от образца 5 на основании цилиндра 1 устанавливаются бобышки 4, на которые опирается помещаемый сверху внутри трубки 3 второй цилиндр 2.The sample holder for the MPMS SQUID magnetometer (Fig. 1) contains two identical cylinders 1.2 of non-magnetic material, a cylindrical tube 3 of organic material and non-magnetic bosses 4. Tube 3 is a standard tube for the manufacture of holders, it is supplied with SQUID magnetometer type MPMS. Cylinders 1 and 2 are inserted into the tube 3. The test sample 5 is rigidly attached to the upper base of the cylinder 1. On the side of the sample 5, on the base of the cylinder 1, bosses 4 are mounted, on which the second cylinder 2, which is placed on top of the inside of the tube 3, rests.

Снизу в трубку 3 вставляется штатная пробка 6, которая предотвращает выпадение цилиндров 1, 2 из трубки 3. Верхней частью трубка 3 крепится к штоку 7, с помощью которого по вертикальному каналу (не показан) помещается в источник намагничивающего поля - сверхпроводящий соленоид (не показан). После чего проводятся магнитные измерения.From the bottom, a standard plug 6 is inserted into the tube 3, which prevents the cylinders 1, 2 from falling out of the tube 3. The upper part of the tube 3 is attached to the rod 7, through which a superconducting solenoid (not shown) is placed in a magnetizing field source (not shown) ) Then magnetic measurements are carried out.

Как показывает практика, для того чтобы паразитным сигналом от держателя можно было пренебречь, длина держателя должна, как минимум, на порядок превосходить расстояние между приемными катушками магнитометра, а поперечное сечение держателя должно быть как можно более однородным по всей длине держателя. При этом образец устанавливают в центре держателя. В СКВИД-магнитометре типа MPMS расстояние между приемными катушками составляет 15 мм, значит, общая длина держателя должна быть не менее 150 мм. Так, длина штатной трубки 3 составляет 198 мм.As practice shows, in order for the spurious signal from the holder to be neglected, the length of the holder should at least be an order of magnitude greater than the distance between the receiving coils of the magnetometer, and the cross section of the holder should be as uniform as possible over the entire length of the holder. In this case, the sample is installed in the center of the holder. In the MPMS SQUID magnetometer, the distance between the receiving coils is 15 mm, which means that the total length of the holder must be at least 150 mm. So, the length of the standard tube 3 is 198 mm.

Описанная конструкция держателя наилучшим образом подходит для исследования магнитных свойств: 1) монокристаллов, у которых хотя бы одна кристаллографическая ось направлена по нормали к какой-либо грани кристалла, для случая ориентации этой кристаллографической оси вдоль намагничивающего поля Н; 2) тонких магнитных пленок в геометрии, когда поле Н направлено строго перпендикулярно плоскости пленки. В первой ситуации монокристалл крепят к основанию цилиндра с плотным прилеганием соответствующей грани, во второй - обеспечивают плотное прилегание к основанию пленочной подложки.The described holder design is best suited for studying the magnetic properties of: 1) single crystals in which at least one crystallographic axis is directed normal to any crystal face, for the case when this crystallographic axis is oriented along the magnetizing field H; 2) thin magnetic films in geometry, when the field H is directed strictly perpendicular to the plane of the film. In the first situation, the single crystal is attached to the base of the cylinder with a snug fit of the corresponding face; in the second, it is snug against the base of the film substrate.

Пример.Example.

Цилиндры 1 и 2 изготовлены из цилиндрического кварцевого стержня диаметром 5 мм, длина каждого из них составляет 88 мм. Основания цилиндров выполняются шлифованными. Стандартная трубка 3 для СКВИД-магнитометров типа MPMS имеет внешний диаметр 5,3 мм, внутренний диаметр 5 мм и длину 198 мм. Образец 5 - орторомбический монокристалл людвигита Co₅GeB₂O₁₀, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда со скошенными углами, клеем БФ-2 приклеивают наибольшей гранью к верхнему основанию цилиндра 1 (фиг. 2). Размеры параллелепипеда составляли 1,7×0,55×0,15 мм³. Кристаллографическая ось b монокристалла Co₅GeB₂O₁₀ направлена по нормали к наибольшей грани этого кристалла, ось с - вдоль длинного ребра, а ось а - перпендикулярно осям b и с. По бокам образца 5 приклеивают бобышки 4 из плотного картона. Бобышки 4 имеют высоту 0,2 мм несколько превышающую толщину монокристалла, что позволяет, с одной стороны, защитить образец от механического воздействия со стороны цилиндра 2, а, с другой стороны, - минимизировать паразитный сигнал от держателя за счет малости зазора между цилиндрами 1 и 2, соответственно увеличить точность и снизить погрешность измерений. Для выполнения магнитных измерений держатель с образцом помещают в канал СКВИД-магнитометра типа MPMS. При этом кристаллографическая ось b монокристалла оказывается сориентированной строго вдоль намагничивающего поля Н.Cylinders 1 and 2 are made of a cylindrical quartz rod with a diameter of 5 mm, the length of each of them is 88 mm. The bases of the cylinders are polished. The standard tube 3 for MPMS SQUID magnetometers has an outer diameter of 5.3 mm, an inner diameter of 5 mm and a length of 198 mm. Sample 5 is an orthorhombic single crystal of ludwigite Co ₅ GeB ₂ O ₁₀ , having the shape of a rectangular parallelepiped with beveled corners, and the BF-2 glue is glued with the largest face to the upper base of cylinder 1 (Fig. 2). The dimensions of the parallelepiped were 1.7 × 0.55 × 0.15 mm ³ . B crystallographic axis of a single crystal of Co ₂ O ₅ GeB ₁₀ directed along the normal to the largest faces of the crystal c axis - along the long edges, and the axis a - perpendicular axes b and c. On the sides of specimen 5, bosses 4 of thick cardboard are glued. The bosses 4 have a height of 0.2 mm slightly greater than the thickness of the single crystal, which allows, on the one hand, to protect the sample from mechanical stress from the side of cylinder 2, and, on the other hand, to minimize the spurious signal from the holder due to the small gap between the cylinders 1 and 2, respectively, increase the accuracy and reduce the measurement error. To perform magnetic measurements, the holder with the sample is placed in the channel of a SQUID magnetometer of the MPMS type. In this case, the crystallographic axis b of the single crystal is oriented strictly along the magnetizing field N.

Claims

Sample holder for an MPMS SQUID magnetometer, containing a cylindrical tube of organic material, inside which a non-magnetic cylinder is vertically placed, characterized in that it additionally contains a second cylinder identical to the first and non-magnetic bosses, the sample is attached to the upper base of the lower cylinder, to the side of on the base of the cylinder, bosses are mounted on which the second cylinder placed on top of the inside of the tube is supported.