Tieftemperatur und Materialwissenschaft im Praktikum
PPMS und MPMS3 von Quantum Design sind erste Wahl, wenn es um die Charakterisierung von physikalischen oder magnetischen Probeneigenschaften geht. Diese Systeme bieten typischerweise 1,9 K bis 400 K Probentemperatur und sind ausgestattet mit einem supraleitenden Magneten für ein maximales Feld von beispielsweise 7, 9 oder 14 Tesla. Durch die sehr gute Qualität und den hohen Automatisierungsgrad eignen sich Quantum Design-Systeme für sehr viele wissenschaftliche Anwendungen. Daher sind mehrere hundert System weltweit im Einsatz, zum Teil seit Jahrzehnten, und in nahezu allen namhaften Forschungseinrichtungen. Weniger bekannt ist, dass Quantum Design auch Angebote für Studentenpraktika hat. Mit dem VersaLab gibt es einen kompakten und kryogenen Tieftemperaturkryostat, der in den USA schon in ersten Praktika im Einsatz ist. Das System kann eingesetzt werden für elektrische, thermische und/oder magnetische Messungen und dieses immer in Abhängigkeit eines Magnetfeldes von ±3 Tesla und einer Probentemperatur von 50 bis 400 K. Zweifelsfrei kann der wissenschaftliche Nachwuchs hiermit erste Schritte machen und Erfahrungen in der Kryotechnologie sammeln. Neben diesem System bietet Quantum Design viele Vorschläge für Praktikumsversuche mit dem VersaLab. Hier eine Auswahl:
- Hall-Effekt an Kupfer,
- Synthese und Charakterisierung eines Supraleiters,
- Messung einer Wärmekapazität,
- magnetische Messungen mit dem VSM.
Das Schöne ist, dass diese Versuchsanleitungen öffentlich sind und für jedermann im Internet unter „education.qdusa.com“ abrufbar sind (Natürlich funktionieren die Experimente auch in einem PPMS). Unter den aufgeführten Experimenten möchte ich das Experiment „Magnetism Demonstrations: Magnetic signatures of some common states of materials” kurz ansprechen. Ziel ist es, dass die Studenten etwas über das verschiedene magnetische Verhalten lernen. Der Versuch fasst Messungen zusammen, in denen Para- und Diamagnetismus sowie Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus und Supraleitung behandelt werden. Die Abbildung zeigt eine Messungen von Gadolinium (die Messung haben wir bei LOT am PPMS nach der Vorgabe im Skript durchgeführt). Gadolinium hat ferromagnetische Eigenschaften mit einer Curie-Temperatur von 293 K. Die beiden Messzweige zeigen eine temperaturabhängige Messung mit Feld (FCC: field cooled cooling) und ohne Feld (ZFC: zero-field cooling).
