17 Tesla-Messstation 

Der stärkste supraleitende Magnet in unserem Labor ist in der Lage Magnetfelder von bis zu 17 T zu erzeugen. Er befindet sich in einem Durchflusskryostaten, der die Einstellung der Probentemperatur bei Gaskühlung in einem großen Bereich (ca. 5 K – 200 K) ermöglicht. Alternativ ist eine Flutung mit flüssigem Helium möglich, sodass bei 4.2 K oder mittels Druckreduktion bis hinab zu ca. 2 K gemessen werden kann. Mit diesem System werden vor allem Transportstrommessungen an supraleitenden Proben durchgeführt, wobei Ströme von bis zu 1000 A erreichbar sind. 

Der Kryostat mit Holzverkleidung, im Hintergrund die Messelektronik

© Atominstitut

Der Kryostat mit Holzverkleidung, im Hintergrund die Messelektronik

6 Tesla-Messstation


Der Messaufbau ist ausgestattet mit einem Split-Coil-Magneten, der Feldstärken bis 6 T erreichen kann und sich in einem Heliumdurchflusskryostaten befindet, womit Messungen bei Temperaturen bis hinunter zu 5 K durchgeführt werden können. Sowohl Messungen der Anisotropie der kritischen Stromdichte bei hohen Transportströmen (bis 150 A), beispielsweise relevant für Coated Conductors, als auch Messungen an Dünnfilmen (Ströme bis ca. 5 A) sind möglich. Für die Messungen an Dünnfilmen wird ein Zweiachsen-Goniometer verwendet, welches die Rotation der Probe im angelegten Feld um zwei geometrisch unabhängige Achsen erlaubt. 

Kryostat samt Messelektronik

© Atominstitut

Kryostat samt Messelektronik

SQUID-Magnetometer

Ein SQUID-Magnetometer benutzt ein sogenanntes Superconducting Quantum Interference Device, welches sehr empfindlich auf Magnetfelder reagiert, um das magnetische Moment einer Probe zu messen. Unsere Gruppe besitzt zwei SQUID-Magnetometer, die Untersuchungen bei Temperaturen von 1.7 bis 400 K und Magnetfeldern von bis zu 7 T ermöglichen.  Wir verwenden diese Geräte hauptsächlich für die Bestimmung der Übergangstemperatur und zur Messung von Magnetisierungsschleifen von Supraleitern. Letzteres ermöglicht unter bestimmten Umständen eine Auswertung der kritischen Stromdichte ohne eine deutlich aufwändigere Transportstrommessung durchzuführen.

Zwei kommerzielle SQUID Systeme

© Atominstitut

Zwei kommerzielle SQUID Systeme

Vektor-VSM

Das Vektor-VSM (Vibrationsspulen-Magnetometer) kann das magnetische Moment einer Probe parallel und senkrecht in Bezug auf ein äußeres Magnetfeld messen. Das Feld mit einer maximalen Stärke von 5 T wird von einem horizontal angeordneten supraleitenden Magneten erzeugt, in dessen Mitte die Probe vibriert und um die vertikale Achse gedreht werden kann. Der gesamte Aufbau ist in einem Durchflusskryostaten untergebracht, der Temperaturen zwischen 2.5 K und 350 K ermöglicht.

Vektor-VSM

© Atominstitut, Photo: Michael Eisterer

5 T Vektor-VSM

Elektromagnet

Unsere supraleitenden Magnete werden durch einen gewöhnlichen Elektromagneten ergänzt, dessen Vorteil die einfache Handhabung ist: Er benötigt kein flüssiges Helium, und Proben können einfach in einem Stickstoff-Dewar zwischen den Polschuhen platziert werden. Der Magnet kann ein Feld von maximal 1.6 T erzeugen, dessen Winkel zur Probe durch Rotation des gesamten Magneten einstellbar ist.

Elektromagnet

© Atominstitut

Elektromagnet

Mikro-Hall-Scanner

Unser Mikro-Hall-Scanner misst lokale Magnetfelder an der Oberfläche von Supraleitern mit einer Auflösung von 1 µm und einem Scan-Bereich von 3 × 3 mm². Auf diese Weise lassen sich die magnetische Granularität sowie das Zusammenspiel von inter- und intragranularen Strömen in untersuchen. Der Mikro-Hall-Scanner wird in einem Kryostaten betrieben, der einen 8 T-Magneten enthält und eine Regelung der Probentemperatur gestattet.

Mikro-Hall-Scanner

© Atominstitut

Mikro-Hall-Scanner

Rastersonden-Mikroskop

Unsere Gruppe besitzt ein Rastersonden-Mikroskop (SPM), in dem eine Probe auf tiefe Temperaturen (bis hinab zu 4.2 K) abgekühlt und Magnetfeldern von bis zu 7 T ausgesetzt werden kann. Das SPM kann entweder als Rasterkraft- (AFM), Rastertunnel- (STM) oder Magnetische-Kraft-Mikroskop (MFM) verwendet werden. Das SPM wird genutzt, um die Topographie und die lokalen magnetischen Eigenschaften von Proben mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 1 nm zu untersuchen. Der Hauptverwendungszweck des Instruments ist das Abbilden des magnetischen Flussliniengitters in Typ-II-Supraleitern.

Rastersonden-Mikroskop

© Atominstitut

Rastersonden-Mikroskop

Hall-Scanner / Laser-Schneider

Dieses Gerät benutzt eine Hall-Sonde, um lokale Magnetfelder knapp über der Oberfläche von supraleitenden Proben zu messen. Wir verwenden es zur Untersuchung von Hochtemperatur-Supraleitern (in erster Linie Coated Conductors), die in einer Wanne montiert werden, die während der Messung zwecks Kühlung des Supraleiters mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. Die Auflösung des Scanners ist deutlich geringer als die unseres Mikro-Hall-Scanners, aber dafür bietet es einen sehr großen Scan-Bereich von ca. 30 × 10 cm². Zusätzlich zur Scan-Funktion lässt sich das System zur Strukturierung von supraleitenden Schichten mithilfe eines Lasers benutzen.

Laser-Schneider

© Atominstitut

Laser-Schneider

Hall-Scanner

© Atominstitut, Photo: Michael Eisterer

Hall-Scanner

Optisches Digitalmikroskop

Das Keyence VHX-6000 Digitalmikroskop ermöglicht es uns, zwei- und dreidimensionale Bilder mit einer bis zu 5000-fachen Vergrößerung aufzunehmen. Um große Proben abzubilden, können mittels des motorisierten XYZ-Tisches viele Einzelaufnahmen automatisiert zu einem großen Gesamtbild zusammengesetzt werden. Die Software unterstützt Längen- und Dickenmessungen sowie die Bestimmung der Oberflächenrauheit von Proben. Mit Hilfe eines Polarisationsfilters können Kristallorientierungen an Oberflächen unterschieden werden.

Optisches Digitalmikroskop

© Atominstitut

Optisches Digitalmikroskop