集磁、電、熱測量多功能于一體的振動樣品磁強計
——VersaLab
席研發科學家Dr. Jim O’brien 和VersaLab， 從圖中可以看出設備非常小巧。 | 美國Quantum Design公司成立于1982年，是由公司的SQUID磁強計的設計者創立，坐落于美國加州圣迭戈市。在公司成立的二十多年里，Quantum Design公司專注于打造兩種產品線—SQUID磁學測量系統（MPMS）和綜合物性測量系統（PPMS），它們已經成為研究領域實驗數據可靠的標志，被廣泛應用于物理、化學及材料科學等眾多研究領域，遍布國內外相關實驗室。 2007年1月美國Quantum Design公司鄭重推出了第三種產品—多功能振動樣品磁強計（VSM）—VersaLab，它是Quantum Design公司推出的無液氦多功能振動樣品磁強計系統，溫度范圍為50~400 K，全溫區磁場可至3 T，可以全自動高精度的進行磁、電、熱等多種物性測量。 |
從某種意義上來說，VersaLab也是一種經濟型的PPMS系統（Quantum Design公司一種廣為認可的材料研究大平臺），因為VersaLab上的測量選件如磁學、電輸運、比熱等都是從PPMS上移植過來的，是非常成熟可靠的技術，經過了長時間的實驗檢驗，這些測量方法的可靠性和便捷性在過去的十幾年中已經得到科學界的廣泛認可。與PPMS相比，VersaLab的測量功能和精度幾乎完全相同，只不過磁場略低、溫區略窄，但產品的諸多新特點使得用戶的購買成本和運行成本大大降低。
主要特征：
◎ 集合磁、電學、熱等高精度測量，功能強大 ◎ 50-400K測量全程無需液氦或液氮，（微型制冷機冷卻超導磁體以及樣品室） ◎ 技術提供更高溫度控制精度? 超導磁體提供更均勻的背景磁場 | ◎ 高低溫下均可達到大3T磁場 ◎ 無磁間距調整及鞍區調整等復雜操作 ◎ 高磁場下長期運行也無需冷卻水 ◎ 單相電源供電(220V)能耗小(2.4KW) ◎ 體積小巧，便于移動(重86 kg高1.31m) |
豐富多樣的選件：
樣品水平旋轉桿選件(磁學、電學測量)
VersaLab上的樣品水平旋轉桿選件是用于測量與角度相關聯的電和磁性質，例如電阻率、霍爾效應、臨界電流、伏安特性以及磁各向異性等。樣品安裝在能夠輕易拆裝的帶有鍍金引線的樣品板上，僅需要將特定功能的樣品板插入到旋轉臺上就能進行角度相關測量，在測量的過程中轉桿由步進馬達控制按照輸入的轉動精度進行全自動轉動。
技術參數： ◎ 轉角范圍： -10° to 370° ◎ 角度轉動步長： 0.05°或0.0045° (高精度) ◎ 轉動重復性： < 1.0° ◎ 轉動速度： 10°每秒或1°每秒(高精度) |
VSM 高溫爐選件
VersaLab上VSM的高溫爐選件用于擴展磁學測量的溫度區間，高可以達到1000K。采用的樣品腔真空絕熱技術而沒有采用任何加熱爐腔，既沒有引入噪聲源保證了高溫磁測量精度而且操作非常簡單易行。
高溫磁學測量技術參數： ◎ 穩定工作溫度：300-1100K ◎ 均方根靈敏度：<10-5emu ◎ 噪音基：<10-5emu rms ◎ 溫度測量度： 0.5K |
電輸運測量選件
磁、電測量往往密不可分，VersaLab系統新推出電測量選件，允許用戶在50-400K，±3T的系統環境下全自動的進行諸如電阻、微分電阻（非線性電阻）、磁電阻、伏安特性和霍爾效應等各種電學測量。
技術參數： ◎ 噪聲基：1 nV/rtHz ◎ 電壓輸出范圍：± 4.5 V (一倍增益時) ◎ 電流范圍： 10nA-100mA 持續操作 ◎ 頻率范圍： 直流或交流（0.1Hz-200Hz） ◎ 電阻測量精度：0.1% (R < 200 kΩ) 0.2% (R > 200 kΩ) ◎ 相對靈敏度： ± 10 nΩ RMS (typical) ◎ 電阻測量范圍：四線法10-8Ω-106Ω 二線法106Ω-5X109Ω |
比熱測量選件
比熱是非常重要的物理量，但是實驗上很難獲得高品質的比熱測量數據。Quantum Design公司采用了熱馳豫法，使用雙τ模型技術對馳豫曲線進行擬合，全自動快速地獲得變溫和變場下的高質量比熱數據，該項技術曾獲得1998年“R&D100”大獎。
技術參數： ◎ 測量溫度范圍：50-400K ◎ 磁場范圍：±3T ◎ 樣品尺寸：1mg - 500mg（典型值20mg） ◎ 測量靈敏度：10nJ/K @2K ◎ 測量精度：<5% @2K - 300K（典型值<2%） |
熱輸運測量選件
熱輸運選件可以同時測量樣品的熱傳導系數、Seebeck系數（熱電勢）和交流電阻率，并根據這三個數據計算出熱電材料的品質因子。樣品測量采用樣品托的方式，并配套有專用的樣品安裝工具。
技術參數： ◎ 熱傳導測量精度：± 5 % ◎ Seebeck系數測量精度：± 5 % ◎ Seebeck系數測量范圍：1 μV/K - 1 V/K ◎ 品質因子測量精度：± 15 %（取決于S） |
多功能樣品桿選件
多功能樣品桿能夠方便用戶將外接儀表的電源引線、信號采集線、光纖、微波導管等引入VersaLab系統的樣品室內，從而可以進行例如鐵電、介電、激光或微波輻照下的電輸運等測量。
VersaLab與傳統電磁鐵VSM對比：
VersaLab | 傳統電磁鐵VSM | |
磁場控制 | NbTi超導磁體 | 銅線圈電磁鐵 |
均勻區大(2.4cm) | 均勻區窄(約0.5cm) | |
高場下均勻度不變(0.1%) | 高場均勻區大幅下降，磁噪聲大 | |
全自動化控制，操作方便 無需水冷 | 手動調節磁間距和鞍區等復雜操作 需水冷 | |
一體化機身屏蔽罩 | 無磁屏蔽，高場對周邊人體與設備危害 | |
溫度控制 | 低溫無需任何溫度插件 高溫使用自加熱樣品桿 | 低溫、高溫均需要外部插件 (使得磁間距必須擴大，從而降低磁場強度和測量精度，并有巨大背景信號) |
內置微型制冷機 低溫無需液氦或液氮 | 低溫需要液氦或液氮 | |
VSM馬達 | 長程電磁力驅動馬達 (無任何機械噪聲和磨損，無需維護) | 機械馬達 (機械噪聲對磁測量產生影響) |
振動方向與磁場平行 (提高磁信號探測靈敏度) | 振動方向與磁場垂直 | |
VSM測量 | 0-3T靈敏度均達到10-7emu 數據平均時間1秒 | 高場下由于電磁鐵噪聲對測量精度產生影響，數據測量時間長 |
內置<10-4 Torr高真空 (無機械振動和噪聲) | 配備機械真空泵，約10?3 Torr | |
拓展功能 | 電輸運、比熱、鐵電、介電、光電、磁電等 | 手動電測量、無其他功能 |
能耗 | 總功率2.4kW | 磁場能耗5~8 kW 水冷機功率5~8 kW |
變頻壓縮機，自動調節制冷功率，效率提高50%，噪音下降10% | ||
儀器尺寸 | 重86Kg，高1.31m 底部滑輪，可隨意移動 | 重達上千公斤，無法移動 |
