[发明专利]极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统

说明书

极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统；微机终端通过CAN接口总线与综合物性测量系统和静电计相连，静电计通过BNC测试线与综合物性测量系统的VSM高温炉控制线的14针并口头DB15相接。静电计提供的电压依次通过BNC测试线、VSM高温炉控制线、VSM内置引线的碳纤维导样杆内的引线与样品测试杆上的电极连接，将电压施加到样品上。数据采集分析软件是由Labview开发的软件程序，用以采集综合物性测量系统的温度、磁场以及磁化强度等数据和集静电计上的电压数据，同时能够实时存储各种数据并绘图。最终实现指定温度下磁化强度随指定波形电压变化和不同外加电场下磁化强度随温度变化的测试。

所属技术领域

本发明专利涉及一种极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统。

背景技术

磁性与铁电材料在现代科技中得到了广泛的应用。铁磁材料具有自发磁矩，且其磁矩可随外磁场变化而发生翻转（开关），从而实现信息存储。铁电材料具有自发电极化，这一电极化可以随外加电场变化而翻转（开关）。与目前广泛应用的存储器相比，基于铁电材料的铁电随机读取存储器(ferroelectric random access memory, FeRAM)具有非挥发性和读取速度快等优点，因此也有巨大应用前景。因此无论是机理研究还是器件表征，对多铁性的表征都是必不可少的。对于具有磁电耦合的磁电材料，磁场调控的电极化是常见的表征手段，与其对应的电场调控的磁化同样可以表征材料的磁电耦合性质，并且电场调控的磁性更具实际应用价值。

美国Quantum Design公司的综合物性测量系统 VersaLab提供了一个能够很好地控制低温和强磁场的平台，集成全自动的电学、磁学、热学、光电、形貌等各种物性测量手段；目前，其已经成为实验数据可靠性的标志，被广泛应用于物理、化学及材料科学的众多研究领域，遍布几乎全世界一流相关实验室。美国Quantum Design公司在“VersaLab物性测量系统产品说明手册”中报道，PPMS本身具有绝大多数常规物性测量功能，但是其拓展功能选件中不具备电场调控的磁性测量功能。针对这一问题，我们利用综合物性测量系统的极端条件，自主搭建了一套电场调控磁性能的测量设备。

发明内容

本发明的目的是提供一个极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，解决现有技术的缺陷，实现在极低温和强磁场条件下测量样品在电场下的磁性能。

技术方案：

极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，包括一个综合物性测量系统、一个静电计、一个微机终端、一根导样杆和一个样品测试杆，所述极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统中，微机终端通过CAN接口总线与VersaLab物性测量系统的控制模块相连，控制模块分别与VSMmodule、VSM motor和液氦杜瓦相连接，VSMmodule、VSMmotor与VSM相连接，并且导样杆上连接的样品测试杆置于液氦杜瓦内；微机终端同时通过GPIB接口总线与静电计相连接，静电计通过BNC测试线与VersaLab物性测量系统中VSM高温炉控制线的14针并口头DB15线焊接连接；静电计提供的电压依次通过BNC测试线、VSM高温炉控制线、导样杆内置引线与样品测试杆引线与样品测试杆上的两个电极相连，最终将电压施加到样品上。

所述综合物性测量系统采用VersaLab，静电计采用Keithley 6517B型。该系统的样品测试杆由铜电极、铜导线以及石英样品杆及线头连接件和五孔接线头8构成，其中铜电极与石英样品杆之间通过AB胶粘结，铜导线与铜电极之间通过焊锡焊接，石英样品杆的上端固接的线头连接件呈圆柱状，线头连接件的上端固接五孔接线头；五孔接线头经线头连接件与铜导线连接。由于铜和石英在整个温区内均不具有磁性，因此该样品测试杆可以有效地减小误差。

该系统的样品测试杆设计成 “L”形，能通过改变样品位置来调整电极与磁场平行或者垂直以实现测试的丰富性；样品与样品测试杆上的电极通过银胶相连，并不通过导线连接，这样可以保证电极与磁场平行或垂直的精确性。该系统的BNC接口还为其他电压输入提供预留端口，比如脉冲电压等。