Oxford Instruments demonstreert de mogelijkheden van Paragraf-grafeensensoren
Paragraf blijft prestatiegrenzen verleggen met zijn grafeen Hall Effect-sensoren en zijn technologie wordt door Oxford Instruments gebruikt om metingen uit te voeren bij temperaturen en magnetische veldsterktes die veel verder gaan dan de bestaande sensor technologie.
Oxford Instruments, een toonaangevende leverancier van hoogtechnologische tools en systemen voor onderzoek en industrie, heeft een aangepaste versie van het Paragraf GHS09CC-sensorapparaat gebruikt.
Het bedrijf zei dat het gemodificeerde GHS09CC-apparaat in een testopstelling werd blootgesteld aan een 14T magnetisch veld, dat werd aangelegd via een supergeleidende solenoïde magneet van Oxford Instruments. Met de nieuw uitgebrachte Proteox verdunningskoelkast werd het temperatuurniveau onder de 100mK gebracht.
Normaal gesproken zou onder deze zware bedrijfsomstandigheden het verzamelen van veldsterktegegevens onmogelijk zijn, aangezien de lage temperaturen zouden leiden tot kwantumeffecten die de sensor zouden verzadigen. Zelfs voordat deze extremen worden bereikt, zouden andere anomalieën invloed hebben op de lineariteit van de sensor, waardoor nauwkeurige metingen erg moeilijk te bereiken zijn.
Zoals Ellie Galanis, Product Owner bij Paragraf, echter uitlegde: “Hoewel er enorme mogelijkheden zijn om fundamenteel onderzoek uit te voeren bij deze temperatuurniveaus, konden Hall Effect-sensoren tot nu toe geen mK-werking bieden. De tests die door Oxford Instruments zijn uitgevoerd, onderstrepen de kwaliteit van de grafeensubstraten die we kunnen fabriceren voor geavanceerde elektronische systemen, evenals ons aangeboren vermogen om ze aan te passen aan de eisen van de klant. Er is geen andere Hall Effect-sensor voor cryogene temperatuur die voldoet aan deze operationele parameters, wat aantoont dat we ons hier echt kunnen onderscheiden. "
"Veldmetingen met hoge resolutie bij ultralage temperaturen en hoge magnetische velden zijn altijd een uitdaging geweest", voegt Benjamin Bryant, Senior Development Engineer bij Oxford Instruments toe. “Conventionele Hall-sensoren kunnen last hebben van bevriezing van de drager bij mK-temperaturen, en zelfs als ze nog zouden kunnen functioneren, is hun warmteafvoer veel te hoog. Grafeensensoren geven ons en onze klanten voor het eerst de mogelijkheid om hoge magnetische velden in situ te monitoren in experimenten met ultralage temperatuur. "
Fysische laboratoria met hoge energie en andere instellingen voor fundamenteel onderzoek moesten voorheen vertrouwen op kant-en-klare cryo-geclassificeerde Hall-sensoren (geclassificeerd tot 1.5K bij het laagste) of dure aangepaste NMR-sondes. Deze genereren een aanzienlijke hoeveelheid warmte en dit heeft een nadelige invloed op het in stand houden van een mK-omgeving en daarmee op de behaalde resultaten.
De Paragraf-sensor daarentegen genereert 6 ordes van grootte minder warmte (waarbij nW in plaats van mW-cijfers wordt afgevoerd). Door optimalisatie van het samenstellende grafeen kan het lineaire werking ondersteunen en klanten een detectieoplossing bieden die ongeëvenaard is in termen van prestaties, reproduceerbaarheid van gegevens en kalibratiegemak.
De Oxford Instruments Proteox-verdunningskoelkast was cruciaal bij deze tests. Het heeft de capaciteit om nauwkeurig gecontroleerde temperaturen te ondersteunen over een uitgebreid bereik van 10 mK tot 30 K, zelfs bij blootstelling aan zeer hoge magnetische velden. Ter vergelijking: concurrerende verdunningskoelkasten kunnen alleen overweg met veel smallere temperatuurbereiken. Het biedt een flexibel platform voor het opschalen van geavanceerde kwantumhardware-oplossingen.
De mK-compatibele sensoren van Paragraf maken de weg vrij voor meer geavanceerde wetenschappelijke instrumenten, en Oxford Instruments zal een van de eerste klanten op dit nieuwe gebied worden.