PPMS稀释制冷机选件· 提供便利优质的低温解决方案

来源：火狐官网入口发布时间：2024-06-20 19:32:41

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　　自1911年4月，H. K. Onnes在低温下发现汞的超导电性以来已有整整110年，超导和低温物理以其特的魅力吸引着无数研究者前赴后继。温度是基本的物理量之一，温度越低越便于发现和观察丰富的量子力学现象。对低温的追求推动着低温制冷技术在过去的一百年里持续不断的发展，当今，科研工作者已能很方便快捷地使用商用化的稀释制冷机实现mK超低温度的环境，因而也发现了众多前所未见的本征物理现象，量子相变（QPT）就是这里面之一。

　　量子相变是指0K下系统所处的量子基态性质随外界参数变化而发生的相变。20世纪80年代在二维超导体中发现的磁场或载流子密度调制的超导-缘体相变（SIT）和超导-金属相变（SMT）是量子相变的典型范例。严格意义上讲，量子相变是在零度下发生的相变，其量子临界涨落会影响到有限温区的物理性质，使得很多特殊的物理性质出现在量子临界点（QCPs）附近。

　　在该工作中，单晶石墨烯通过化学气相沉积到金属锗Ge(110)表明产生导电衬底，掩膜完成电制作后利用电子束蒸发法将20 nm厚的铅（Pb）沉积到单晶石墨烯上。由于两者浸润性差，因而沉积的Pb容易形成随机不规则分布的、不连贯的纳米岛，透射电镜和扫描电镜结果都验证了Pb纳米岛的构型，且单个Pb纳米岛内部晶格结构整齐无明显晶界。

　　在10K以下，Ge(110)基底为缘体，而表面覆盖的单晶石墨烯提供了理想的二维电子气平台，使得超导Pb纳米岛之间建立二维耦合。类似基本约瑟夫森结的超导-金属-超导体系，Pb纳米岛/单晶石墨烯片层同样构成了约瑟夫森结阵列。从上图片层电阻随温度的演变曲线可以观测到明显的两阶段超导转变，分别对应Pb纳米岛的超导转变（Region II），以及更低温的约瑟夫森耦合效应超导转变（Region III）。

　　通过对60mK~3.9K温度区间输运数据的细致采集和仔细分析，发现该Pb纳米岛/单晶石墨烯片层在超导-金属相变量子临界点附近的输运性质异常，表现为超导-金属相变临界参量随温度连续变化，形成一条临界线，在逼近量子临界点，临界磁场与WHH理论模拟值（上图c中虚线）存着显著差异，同时临界指数趋于量子临界磁场时发散，而不是通常认知的固定值，这正是量子格里菲斯奇异性的表现。在传统相变中，在逼近临界点时，各临界指数趋于常量，而格里菲斯奇异性的存在，导致各临界指数不再保持为常数，而呈现发散趋势。

　　格里菲斯奇异性来源于系统的无序或涨落在临界点附近对系统的相变行为产生的非平庸影响。在系统从无序相到有序相的转变中，较强的随机无序或涨落导致系统还未到达临界点时就以一定概率出现趋近热力学临界尺度的有序相。这些大块连通的有序区域使得系统的热力学势达到相变点以前就已出现奇异行为，因此导致系统各临界指数在临界点处呈现发散趋势[2]。

　　早在低维超导体系中发现和证实量子格里菲斯奇异性的存在是由北京大学王健研究组与谢心澄院士、林熙研究员、王垡研究员、马旭村研究员、薛其坤院士等人合作完成，在三个原子层厚（小于1纳米厚）的镓（Ga）薄膜中发现了二维超导-金属相变具有格里菲斯奇异性，该工作发表在Science上[3]。此后王健研究组与谢心澄院士、林熙研究员和北京师范大学刘海文研究员等人合作在超薄晶态铅膜中发现了反常量子格里菲斯奇异性的存在，该工作发表在

　　多篇工作的mK温区数据均采用了Quantum Design的综合物性测量系统的稀释制冷机选件(DR)。该选件能轻松实现样品处50mK低温度的环境，大的拓展了PPMS系统的研究范畴。

　　DR选件简单易用，与PPMS平台无缝连接，并与PPMS平台的测量应用软件完全兼容。DR选件出厂时已经密封了He3和He4的混合气体，运行时只需将样品安装到样品台，再将DR选件插杆插入样品腔，控制程序自动降温到50mK，不需要额外的操作。