Kryogenfreie optische Kryostat-Familie für optische Messungen bei Tieftemperatur – OptiCool®

OptiCool® Gerätefamilie von Quantum Design

Die OptiCool® Gerätefamilie ist eine kryogenfreie optische Kryostat-Plattform für optische, elektrische und magneto-optische Messungen bei tiefen Temperaturen. Die Gerätefamilie umfasst drei Konfigurationen: OptiCool® 7 Tesla, OptiCool® Vector und OptiCool® Flex.

Das OptiCool® 7 Tesla kombiniert optischen Zugang mit einem supraleitenden 7-T-Split-Coil-Magneten für magneto-optische Hochfeldexperimente. Das OptiCool® Vector ergänzt die Plattform um eine Vektormagnetsteuerung für eine präzise Ausrichtung des Magnetfelds relativ zur Probe und zum optischen Aufbau. Das OptiCool® Flex ist die magnetfreie Konfiguration für Experimente, die maximalen optischen und experimentellen Zugang erfordern, einschließlich eines großen Probenvolumens von 75 × 200 mm.

Die kryogenfreie Plattform ist für eine automatisierte Temperaturregelung von 1,7 K bis 350 K und eine vibrationsarme Performance von unter 10 nm Peak-to-Peak ausgelegt. Je nach gewählter Konfiguration können Forschende Tieftemperaturbetrieb mit hohen Magnetfeldern, Vektormagnetfeldsteuerung oder einer offenen magnetfreien Geometrie für flexible optische Experimente kombinieren.

Eigenschaften
  • Temperaturbereich: 1,7 K bis 350 K
  • Drei Konfigurationen: OptiCool® 7 Tesla, OptiCool® Vector, OptiCool® Flex
  • 7-T-Split-Coil-Konusmagnet, 4-1-1-Vektormagnet oder magnetfreie Konfiguration
  • Automatisierte Steuerung von Temperatur und Magnetfeld
  • Geringe Vibrationen: <10 nm Peak-to-Peak
  • Großes Probenvolumen von bis zu 75 × 200 mm mit OptiCool® Flex
  • Kryogenfreier Betrieb
  • Mehrere optische Zugänge für Transmissions-, Reflexions-, Mikroskopie- und Spektroskopieexperimente

Weitere Informationen

Die OptiCool® Gerätefamilie bietet eine konfigurierbare kryogenfreie Plattform für optische Experimente bei tiefen Temperaturen. Das System wird auf einem optischen Tisch montiert und lässt sich in eine Vielzahl von Spektroskopie-, Mikroskopie- und magneto-optischen Messaufbauten integrieren.

Drei Konfigurationen sind verfügbar:

OptiCool® 7 Tesla
OptiCool® Vector
OptiCool® Flex

Das OptiCool® 7 Tesla ist die Standard-Hochfeldkonfiguration mit einem supraleitenden 7-T-Split-Coil-Magneten. Das OptiCool® Vector bietet einen 4-1-1-Vektormagneten für Experimente, die eine präzise Steuerung der Magnetfeldrichtung erfordern. Das OptiCool® Flex ist die magnetfreie Konfiguration mit größerem Probenvolumen und offenem experimentellem Zugang für kundenspezifische optische Tieftemperaturaufbauten.

Magnet und optischer Zugang

Das OptiCool® 7 Tesla verwendet einen supraleitenden 7-T-Split-Coil-Magneten. Das Magnetfeld ist senkrecht zum optischen Tisch ausgerichtet und bietet eine hohe Feldhomogenität im Probenbereich. Das System verfügt über sieben seitliche optische Zugänge und einen optischen Zugang von oben. Ein optionaler Zugang von unten ist verfügbar.

Das OptiCool® Vector verwendet einen supraleitenden 4-1-1-Vektormagneten. Das 4-T-Magnetfeld steht senkrecht zum optischen Tisch, während die beiden 1-T-Magnetfeldkomponenten parallel zum optischen Tisch ausgerichtet sind. Dadurch lässt sich das Magnetfeld präzise relativ zur Probe und zum optischen System ausrichten. Die Konfiguration umfasst vier seitliche Zugänge entlang der X- und Y-Achse sowie einen Zugang von oben entlang der Z-Achse. Ein optionaler Zugang von unten ist verfügbar.

Das OptiCool® Flex ist die magnetfreie Konfiguration der OptiCool® Gerätefamilie. Sie maximiert den experimentellen Zugang mit acht optischen Zugängen, darunter sieben seitliche Zugänge, ein Zugang von oben und ein optionaler Zugang von unten. Das große Probenvolumen von 75 × 200 mm unterstützt kundenspezifische optische Tieftemperaturexperimente, größere Probenumgebungen und Aufbauten, die zusätzlichen Platz um die Probe herum erfordern.

  OptiCool® 7 Tesla OptiCool® Vector OptiCool® Flex
Magnetfeld: 7-T-Split-Coil-Konusmagnet 4-1-1-T-Vektormagnet (Z-X-Y) Keines
Optische Zugänge: 8 Zugänge:
  • 7 seitliche Zugänge (NA > 0,11)
  • 1 Zugang von oben (NA > 0,7)
  • Optionaler Zugang von unten
5 Zugänge:
  • 4 seitliche Zugänge entlang der X- und Y-Achse
  • 1 Zugang von oben entlang der Z-Achse
  • Optionaler Zugang von unten
8 Zugänge:
  • 7 seitliche Zugänge (NA > 0,11)
  • 1 Zugang von oben (NA > 0,7)
  • Optionaler Zugang von unten
Probenvolumen: 84 × 89 mm 84 × 89 mm 75 × 200 mm
Temperaturbereich: 1,7 K bis 350 K
Geringe Vibrationen: <10 nm Peak-to-Peak
Temperatur- und Magnetfeldsteuerung: Automatisiert
Kryogen: Kryogenfrei

Probenbehälter

Der OptiCool® Proben-Pod bietet einen eigenen Raum, um Experimente außerhalb des Kryostaten aufzubauen und anzupassen, bevor sie in den Kryostaten eingesetzt werden. Mehrere Experimente können auf separaten Pods vorbereitet und effizient ausgetauscht werden. Dadurch reduziert sich die Rüstzeit zwischen Messungen.

Proben-Pods sind in Standard- und Großvolumen-Konfigurationen erhältlich. Je nach Experiment kann die Höhe der Montageplatte mit austauschbaren Distanzstücken angepasst werden. Dies ermöglicht die flexible Integration von Proben, optischen Komponenten, Verdrahtung, Nanopositionierern und kundenspezifischer experimenteller Hardware.

Standard-Proben-Pod – ermöglicht Positionen der Montageplatte von 56,4 mm bis 12,4 mm unterhalb des Magnetzentrums.
Großvolumen-Proben-Pod – ermöglicht Positionen der Montageplatte von 131 mm bis 87 mm unterhalb des Magnetzentrums.

  • Standard Probenplattform – Für Montageplattenpositionen von 56,4 mm bis 12,4 mm unterhalb des Magnetzentrums.
  • Probenplattform für große Volumina – Für Montageplattenpositionen von 131 mm bis 87 mm unterhalb des Magnetzentrums.

Verdrahtung

Das OptiCool kann mit drei verschiedenen Sets an Durchführungen ausgestattet werden. Bei jedem Kryostaten können bis zu 5 Sets vorinstalliert werden. Die Durchführungen beinhalten die nötigen Anschlüsse für Kontakte mit der Probenplattform und eine thermische Verankerung.

  • DC Durchführungen – Die Probenverdrahtung besteht aus 16 Drähten. Vier 4-polige Anschlüsse an der Plattform ermöglichen den Kontakt mit der Probe.
  • Positionierer-Verdrahtung – Geeignet für Piezo-Positionierer-Systeme von attocube. Jedes Setup besteht aus genügend Drähten, um bis zu drei verschiedene Bewegungsachsen inkl. resistiven Encoder anzusteuern. Wenn Position-Feedback nicht benötigt wird, können die Feedback-Drähte für drei weitere Bewegungsachsen verwendet werden. Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen.
  • HF Koax Durchführungen – Die HF Koaxial-Durchführung besteht aus vier Koax-Kabeln für hochfrequente Signale bis 20 GHz.

Positionierung und Mikroskopie

Für einen guten Fokus und die genau Untersuchung eines gewünschten Bereichs, ist bei vielen optischen Anwendungen die präzise Positionierung der Probe zum Strahlengang sehr wichtig. Zusätzlich muss die Probe gescannt werden können, um Probeneigenschaften zweidimensional abzubilden. Das OptiCool Kryostat kann mit einer Piezo-basierten Nanopositionierungseinheit ausgestattet werden, mit der sich die Probe in situ bewegen lässt. Der Lieferumfang der Nanopositionierer-Option umfasst alle Adapter, die für die Befestigung am Probenbehälter benötigt werden, spezielle Kryostat-Verdrahtung und Kabel für die Verbindung zum Piezo-Controller. Der Nanopositionierer kann je nach Experiment sowohl am Standard-  als auch am großen Probenbehälter befestigt werden.

Für viele Experimente wird ein qualitativ hochwertiges Objektiv mit großer Apertur benötigt. Dafür bieten wir ein Feld-kompatibles, unendlich korrigiertes Zeiss 100x LD EC Epiplan-Neofluar Objektiv an. Dies hat eine Apertur von 0,75 und einen Arbeitsabstand von 2 mm zwischen der Probe und dem Kälteschild. Die Optik wird bei Raumtemperatur in Vakuum gehalten und bietet dadurch die optimale Umgebung für das leistungsfähige Objektiv.

OptiCool nanopositioner on large-volume pod

OptiCool nanopositioner on standard pod

OptiCool room temperature objective

Anwendungen

  • MOKE / CryoMOKE
  • Raman / FTIR Spektroskopie
  • Photolumineszenz
  • UV / VIS Reflektivität & Absorption
  • AFM / Mikroskopie
  • Diamant NV Zentren / Farbdefekt / Leerstellen
  • Nanomagnetismus / Magnetische Dünnfilme
  • Zeitaufgelöste magnetische Spektroskopie
  • Quantenoptik
  • Spintronics
  • 2D Materialien (wie Übergangsmetalldichalkogenide)
  • Anisotrope magnetische Einkristalle
  • Magneto-Exzitonen

Downloads

OptiCool Optical Magnetic Cryostat
OptiCool windows and objectives
OptiCool sample pods
OptiCool wiring options
OptiCool sample positioner
Rapid Thermal Stage (X140)
Application Note OptiCool stray fields
OptiCool Vector
OptiCool Flex

Videos

OptiCool® — Introduction Video
Swapping Out Sample Pods in Quantum Design's OptiCool
Changing Windows in Quantum Design's OptiCool
Dynamics and Control in Quantum Materials- Richard Averitt, UC San Diego
Probing spin dynamics in InSe with time-resolved Kerr rotation-Jovan Nelson, Northwestern University
OptiCool® Testimonial — Richard Averitt
Semiconductor Cleanroom Tools: Introducing the Quantum Design OptiCool Cryostat | Fraunhofer IPMS
OptiCool® Testimonial — Mengkun Liu
OptiCool® Testimonial — Denis Bandurin

Photocurrent Nanoscopy of Quantum Hall Bulk.
R. Jing et al., Phys. Rev. X 15 (2025)

Viscous terahertz photoconductivity of hydrodynamic electrons in graphene.
Kravtsov, M., Shilov, A.L., Yang, Y. et al., Nature Nanotechnology (2024)

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H. Padmanabhan et al., Advanced Materials 34, 2202841 (2022)

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Reversible strain-induced magnetic phase transition in a van der Waals magnet.
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Interlayer magnetophononic coupling in MnBi₂Te₄.
H. Padmanabhan et al., Nature Communications 13 (2022)

Evidence for a monolayer excitonic insulator.
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Kontakt

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