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Magnicon产品在用于亚毫开尔文氦实验的干式退磁低温恒温器:制冷和温度测量(Dry demagnetization cryostat for sub-millikelvin helium experiments: refrigeration and thermometry)的应用介绍: 目前正在进行的亚开尔文冰箱向无冷冻剂平台的转换 1 促进了新的应用(显微镜、成像、医学、空间应用、安全、天文学等),因为这些系统几乎可以在任何地方运行。如今,许多供应商提供配备大型超导磁铁和基温低于 10mK 的干稀释冰箱作为标准产品。许多要求苛刻的量子实验需要进一步降低温度。 为了满足上述需求,下一个挑战是将干式系统的运行扩展到亚毫克电位。核退磁冷却2与市售的干式稀释冰箱作为预冷系统相结合是达到微开尔文制度的选择之一。最近,Batey等人使用PrNi5核级成功地证明了这种低至600µK的无低温实验平台的运行。然而,这个温度是PrNi5的实际极限,因为它的内在场很大,与铜相比,铜可以实现更低的温度。此外,铜更容易获得,更容易处理,与PrNi5相比,它提供了更好的导热性。因此,大多数现代sub-mK核退磁冰箱都采用铜用于核冷却阶段4-9。然而,铜级对外部热负荷更敏感,因为预冷条件非常苛刻,以完全极化铜中的nu透明自旋。此外,由于高电导率,高质量的铜核级极易产生涡流加热。所有这些原因使得用铜进行核冷却在干燥系统上更加困难,但是,如果成功,也更有回报。 核退磁低温恒温器是相当复杂和费力的机器,它通常包括一个大的液氦浴、一个稀释单元和一个大口径8-9特斯拉螺线管。冰箱需要大量的工作来建造和保持运行2,此外,它的操作需要每天的关注。因此,在很长一段时间里,对超级液体3He的研究是大实验室的特权。一旦基于脉冲管的干稀释冰箱与核冷却阶段有效地结合起来,这种情况就会改变。这种结合将允许冰箱操作员在最少的关注下进行冗长的sub-mK出口. 这项工作的目的是在“干式”核退磁低温恒温器上首次演示超流体3He制冷,一直低至0.2mK。我们的核心设计原则是消除高场强磁铁和核制冷级之间的相对振动。这一原则被发现工作得很好,在35mT时获得了Q=4.4nW的热泄漏。热泄漏被发现为B2至100mT,这是涡流引起振动加热的明显迹象。对于测温,我们采用了浸入液体3He中的石英音叉,最低温度为0.16mK。此外,我们表明这种叉振荡器可以被认为是超流体3He中从流体动力学到弹道准粒子区域的交叉点处的自校准。 本文组织如下。在下一节中,我们将给出低温恒温器的技术细节。在第3节中,我们讨论了音叉的温度测量。低温恒温器的性能在第4节中描述,我们描述了冷却循环,并给出了达到的最低温度值、不同领域的热泄漏、热开关的导热系数和其他细节。在结论中,我们总结了我们的实验结果及其分析。
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