Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES) используется для изучения электронной структуры поверхности твердых тел. Техника ARPES использует синхротронный или лазерный луч для взаимодействия с образцом, что приводит к эмиссии фотоэлектронов.

Анализируя энергию и импульс фотоэлектронов, можно отобразить поверхность Ферми материала. Эксперименты ARPES часто проводятся в диапазоне 2 Кельвина – 10 Кельвинов, но последние тенденции исследований часто требуют температур ниже 1 Кельвина (суб-K).

Janis Research выпустила первый в мире непрерывно работающий высокоэффективный охлаждающий «мокрый» криостат He-3 ARPES в 2008 году, достигший базовой температуры 0,9 К. (https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/ 08940886.2012.720159) С тех пор подобные системы были установлены на ведущих исследовательских объектах по всему миру, но недавний глобальный дефицит гелия сделал непрерывную работу этих больших систем ARPES sub-K дорогостоящей. В ответ на спрос исследователей Janis Research успешно разработала еще один в мире – непрерывно работающий криогенный суб-К криостат («сухой») Sub-K с высокой охлаждающей способностью для ARPES. Эта сухая система He-3 устраняет необходимость (и стоимость) жидкого гелия, одновременно упрощая конструкцию и значительно уменьшая размер криостата.

Конструкция криостата

Сухой криостат Janis Research sub-K ARPES разработан и изготовлен для работы в режиме UHV и может быть выпечен до 90 ° C. Двухступенчатый холодильник с импульсной трубкой (PTR) охлаждает две внутренние платформы и тепловые экраны до 35 K (первая ступень) и 3 K (вторая ступень). PTR устанавливается с помощью металлического герметичного фланца CF на ступень линейного перемещения по оси z. PTR поднимается и отсоединяется от криостата во время вакуумной выпечки, затем опускается в положение для нормальной работы. Теплообменники, установленные на PTR и платформах, предварительно охлаждают две независимые замкнутые петли рециркулирующего газа He-4 и He-3. Два отдельных конденсатора He-3 могут использоваться для преобразования газа He-3 в жидкость; Выбор конденсатора зависит от экспериментальных требований и определяется регулировкой клапана. Емкость He-3 используется для сбора конденсированной жидкости, а резьбовые отверстия в емкости He-3 используются для крепления образца. Точно выровненные прорези в тепловых экранах позволяют синхротронному излучению или лазеру достигать образца. Подвижные жалюзи также установлены на тепловых экранах и механически связаны между собой. Обе заслонки могут быть открыты одновременно для установки и извлечения образца с помощью колышка, а затем закрыты для улучшения тепловых характеристик. Многофункциональный механический тепловой выключатель используется для предварительного охлаждения системы и для работы системы в режиме переменной температуры (He-4). Для циркуляции газа He-3 используется насос с герметичными корнями большой емкости.

<img alt=" Раздвижная демонстрационная шторка доступа "src =" http://www.azonano.com/image.axd?picture=2019%2f10%2fPR-IMG-2.png "style =" width: 565px; высота: 300 пикселей; "ширина =" 565 "высота =" 300 "/>

Раздвижная заслонка доступа к образцу

Принцип работы

Система может работать в трех различных режимах.

Режим He-4: В этом режиме циркулирует только газ He-4; Хе-3 циркуляция не требуется. После предварительного охлаждения через теплообменники газ He-4 конденсируется через импеданс и попадает в емкость 1 К. Накачка газа He-4 приводит к базовой температуре ~ 1,3 К. Механический тепловой выключатель сконфигурирован для обеспечения прямой тепловой связи между резервуаром 1K и резервуаром He-3, что приводит к работе с переменной температурой в диапазоне ~ 4 K – 320 K. Этот режим работы особенно удобен для пользователя и обеспечивает быструю термоциклизацию образцов в широком диапазоне температур.

Режим работы 1 K: В этом режиме механический тепловой выключатель размыкается. Внешние клапаны выполнены с возможностью направления циркулирующего газа He-3 через теплообменник внутри емкости объемом 1 К. Газ He-3 предварительно охлаждают и затем конденсируют после расширения через импеданс, собирая его внутри резервуара He-3 и охлаждая до 500 мК.

Режим работы JT: В этом режиме механический тепловой выключатель размыкается, а внешние клапаны конфигурируются для направления циркулирующего газа He-3 в JTCU. Поступающий газ предварительно охлаждается до ~ 2 K потоком выхлопа He-3, а затем конденсируется путем расширения через импеданс, охлаждая резервуар He-3 до 550 мК.

Резюме

Сухой криостат Janis Research sub-K для ARPES – это удобный многофункциональный инструмент, подходящий для широкого спектра исследовательских задач. Система предлагает исследователям средства для достижения температур ниже-K в конфигурации ARPES, температуры до 300 мК при закрытых прорезях луча, а также высокой охлаждающей способности и неограниченной продолжительности эксперимента.

Источник: https://www.janis.com