3He樣品桿低溫平臺(tái)

1. 溫度
– 溫度范圍:  300 mK to 300 K
– 溫度穩(wěn)定性: ± 1.5 mK @ below 1.5 K & ± 20 mK @ above 1.5 K

2. 制冷能力
– 低溫:<300 mK
– 制冷量: >50 µW @ 350 mK
– 維持時(shí)間: >60 Hrs With no Heat Load @ 300 mK

3. 幾何尺寸 & 電學(xué)線路
– ∅ 43 mm的樣品空間
– 24路DC線路&2路同軸線路
– 3支溫度計(jì)分別用于監(jiān)控吸附泵、冷凝器以及3He容器溫度

3He制冷機(jī)的原理與4He相同，都是通過降低液氦的飽和蒸汽壓來實(shí)現(xiàn)制冷。

在4He制冷機(jī)中，當(dāng)溫度低于1 K時(shí)，4He的飽和蒸汽壓降至很低，抽氣過程難以繼續(xù)。為了達(dá)到300 mK以下的溫度，需要使用3He來替代4He：因?yàn)?He在低于1 K時(shí)飽和蒸汽壓要大得多。然而，當(dāng)溫度降至250-300 mK時(shí)，3He的飽和蒸汽壓也變得極低，難以通過抽氣來進(jìn)一步降低溫度。因此，幾乎所有3He制冷機(jī)的低溫都停留在250-300mK區(qū)間。

3He樣品桿采用氣態(tài)3He，而不是液態(tài)3He。這意味著，如果我們要通過降低液態(tài)3He的飽和蒸汽壓來實(shí)現(xiàn)降溫，首先需要將氣態(tài)3He冷凝為液態(tài)。

這正是為什么3He插桿總是與4He低溫系統(tǒng)配合使用。我們將4He低溫系統(tǒng) (ColdTUBE, 鵬力CPMS, Oxford TestronPT等) 作為預(yù)冷設(shè)備，3He樣品桿放入樣品腔中，利用其制冷能力將樣品桿的氣態(tài)3He液化。然后，通過3He樣品自帶的吸附泵 (sorption pump)，吸附3He蒸汽，降低飽和蒸汽壓，從而將溫度進(jìn)一步降低到300 mK或更低。

考慮到3He樣品桿3He氣體預(yù)載量有限，當(dāng)液態(tài)3He被吸附完后，制冷過程也隨之停止，溫度將回升至4He系統(tǒng)的基礎(chǔ)溫度1.6 K。此時(shí)，關(guān)閉吸附泵釋放出3He氣體，并等待新一輪的3He冷凝完成，重新開啟制冷過程。

這也是為什么我們將這種技術(shù)稱為“單發(fā)式"（“one-shot"）；在實(shí)際應(yīng)用中，“單發(fā)式"的制冷方式可以在300 mK的溫度下保持60小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，這已經(jīng)滿足了大多數(shù)實(shí)驗(yàn)需求。