LEK - Equipment

Лаборатория электронной кинетики располагает мощными радиочастотным, микроволновым, криогенным и магнитополевым комплексами оборудования, позволяющими проводить прецизионные фазочувствительные измерения тока и напряжения в диапазоне частот 0-10 МГц и микроволнового отклика твердотельных материалов в см- и мм- диапазонах длин волн в интервале температур 0.1-300 К и стационарных магнитных полей до 18 Т. Методический принцип развития ЛЭК позволяет всесторонне исследовать один и тот же образец разными физическими методами и получить максимальную информацию о его электронных свойствах. Примером такого подхода может служить обнаруженный по измерениям температурных зависимостей верхнего критического поля и поверхностного импеданса переход от классической сверхпроводимости к необычной в кристаллах Ba_1-xK_xBiO₃: в кристаллах с Tc > 20 K (a и b на левом рисунке) температурные зависимости верхнего критического поля имеют положительную кривизну, а с Tc < 15 K (c, d, e) описываются стандартной зависимостью; в полной корреляции с таким поведением критического поля импеданс кристаллов демонстрирует ниже критической температуры соответственно линейное либо экспоненциальное (кристалл c, правый рисунок) поведение [Подробнее].

В 2003-2007 г.г. лаборатория оснащалась современной и дорогостоящей измерительной техникой [Приложение]. Разработанные и испытанные в ЛЭК рекордный российский соленоид с магнитным полем до 18 Т при Т=4.2 К и криогенные системы (Патент ╧ 46084 "Низкотемпературная вставка в криостат с откачкой паров He³ для работы в диапазоне 0.3-300 К") пользуются активным спросом исследователей как в нашей стране, так и за рубежом. Подтверждением этому является выполнение на оборудовании ЛЭК более 10 договоров о научно-техническом сотрудничестве с ВУЗАми, Институтами РАН и НИИ РФ в течение последних нескольких лет. За период 2002-2006 г.г. криосистема ЛЭК была изготовлена для 5 институтов РАН: ИФМ УрО, ИФП СО, ИРЭ, ИПТМ, ФИАН; для университета г. Палермо (Италия) была сделана специальная низкотемпературная микроволновая установка на основе золотого резонатора, работающая на частоте 9.3 ГГц. В этот период времени в ЛЭК более полугода работали итальянские исследователи из университета г. Палермо, около года научный сотрудник Института физики г. Баку, а также помесячно сотрудники институтов РАН: ИРЭ, ИФП СО, ИНХ СО, ИПХФ. Результатом этих работ служат 10 опубликованных в ведущих научных журналах статей с участием исследователей из российских и зарубежных организаций в 2004-2006 г.г. Оборудование ЛЭК постоянно используется студентами и аспирантами кафедры физики твердого тела МФТИ при выполнении научных исследований.

Лаборатория постоянно развивает свои методические возможности. Начаты работы по:

созданию универсальной микроволновой установки, предназначенной для исследований высокочастотных свойств твердых тел в миллиметровом диапазоне длин волн от комнатных до ультранизких температур в стационарных магнитных полях до 18 Т
усовершенствованию криосистемы для обеспечения свободного доступа в шахту с жидким He³ (Т=0.3 К) различных, в том числе достаточно громоздких устройств (системы вращения образцов, волноводов, оптических световодов и т.д.)
разработке оригинального рефрижератора растворения для получения ультранизких температур (до 50 мК)
созданию метода измерений дробового шума тока в мезоскопических мостиках при высоких температурах в условиях преобладания теплового шума
разработке нерезонансного спектрального метода измерений коэффициента преломления метаматериалов в диапазоне частот от 0.1 до 40 ГГц

В комплекс оборудования для исследований электромагнитных свойств новых материалов входят:

Автоматизированные установки для исследований низкочастотной проводимости полупроводников, металлов и сверхпроводников, позволяющие измерять:

Температурные зависимости сопротивления образцов в диапазоне температур (0.3-300) К. При изучении анизотропных образцов (высокотемпературные сверхпроводники, органические металлы, слоистые полупроводники) отработана методика четырехконтактных измерений, позволяющая определить как величину анизотропии сопротивления, так и отдельные компоненты тензора сопротивления, в том числе на образцах малых размеров до 0.2 мм. Разработаны вставки для экспресс-измерений в транспортном гелиевом дюаре в диапазоне температур (4.2-300) К
Магнитосопротивление образцов нормальных металлов и полупроводников, а также температурные зависимости и анизотропию верхнего критического поля в сверхпроводниках в диапазоне температур (0.3-300) К и в магнитных полях до 18 Т. Для таких измерений используются криостаты со сверхпроводящими соленоидами и вставки с откачкой He³.

образец размером до 0.2 мм четырехконтактные измерения

Для перечисленных измерений используется высокочувствительная управляемая компьютерами аппаратура на базе современных синхронных детекторов SR и PAR и цифровых мультиметров Agilent и Solartron

Криостаты и соленоиды

Типовой криостат с соленоидом 14 Т

Рекордный российский сверхпроводящий соленоид, развивающий стационарное магнитное поле 18 Т при температуре кипения жидкого гелия Т=4.2 К

Низкотемпературные устройства

Оригинальные криосистемы для прецизионных измерений электропроводности образцов на постоянном токе и динамической восприимчивости на частотах от 10 Гц до 10 МГц от сверхнизкой (0.3 К) до комнатной (300 К) температуры в магнитном поле сверхпроводящих соленоидов на 8, 12, 14 и 17 Т

Оригинальные микроволновые устройства для прецизионных измерений температурных зависимостей (от 0.4 К до 200 К) реальной и мнимой частей поверхностного импеданса твердотельных образцов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн

Оригинальный рефрижератор растворения для работы в области сверхнизких (до 50 мК) температур в сильных магнитных полях сверхпроводящих соленоидов

Автоматизированная установка для экспресс-измерений динамической магнитной восприимчивости образцов в диапазоне температур от 2 до 300 K

Чувствительность установки 10^-9 emu
Амплитуда переменного магнитного поля 0.1 - 10 Э
Частота поля - до 10 МГц
Постоянное магнитное поле до 18 Т
Особенность установки в том, что магнитные катушки при измерениях температурных зависимостей восприимчивости погружены в жидкий гелий (T = 4.2 К), что обеспечивает высокую стабильность коэффициента усиления

Микроволновые установки

Оригинальные микроволновые установки, позволяющие прецизионно измерять температурные зависимости реальной R(T) и мнимой X(T) частей поверхностного импеданса Z(T) образцов малого размера (порядка квадратного миллиметра площадью) в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Эти установки содержат два основных элемента: сверхвысокостабильные генераторы СВЧ-сигналов фирмы Agilent Technologies (США) с разрешением по частоте 0.01 Гц в диапазоне от 200 кГц до 40 ГГц и низкотемпературные высоковакуумные устройства на базе сверхпроводящих резонаторов из Nb с добротностью при Т = 2 К, большей десяти и двух миллионов на частотах 10 и 30 ГГц соответственно. Поверхностное сопротивление R(T) образца измеряется с точностью около 1 мкОм и глубина проникновения электромагнитного поля в образец с погрешностью, меньшей 5 нм. В настоящее время эти показатели являются рекордными в мире. Получаемые экспериментально значения R(T) и X(T) в абсолютных единицах (омах) в разных ориентациях образца относительно микроволнового поля в резонаторе позволяет найти все компоненты комплексной проводимости - главной электродинамической характеристики образца, как в нормальном (до Т = 300 К), так и в сверхпроводящем (до Т = 0.4 К) состояниях исследуемого образца.

Оригинальная установка для исследований микроволновых свойств диэлектрических пленок и их покрытий в диапазоне частот от 25 до 40 ГГц, позволяющая измерять:

диэлектрическую проницаемость пленок толщиной от 50 мкм до 1 мм в интервале значений проницаемости от 2 до 10
тангенс угла потерь диэлектрических пленок в интервале от 0.1 до 0.0001
микроволновую проводимость и поверхностный импеданс медной пленки, измеряемые со стороны диэлектрической пленки
температурные зависимости всех указанных выше характеристик в интервале от -60 C до +70 C


		Институт физики твердого тела, Российская академия наук 142432, Черноголовка, Московская область, Россия