极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统技术方案

极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统；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。

System for testing magnetic properties of materials and devices under extreme conditions

The test system of magnetic properties of materials and devices of electric field under extreme conditions; the computer terminal through the CAN bus interface and physical property measurement system and an electrometer connected to the electrometer through BNC test line and physical property measurement system of VSM high temperature furnace control line 14 pin DB15 is connected and oral. The voltage supplied by the electrometer is connected with the electrode on the sample test rod through the BNC test line, the VSM high temperature furnace control line, and the lead wire of the carbon fiber guide rod of the built-in VSM lead wire, and the voltage is applied to the sample. The data acquisition and analysis software is developed by Labview software, used to collect voltage data of physical property measurement system of temperature, magnetic field and magnetization data set and on the electrometer, and can store various data and real-time drawing. Finally, the variation of magnetization with the specified waveform voltage and the variation of magnetization with different applied electric field at the specified temperature is achieved.

【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术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。
技术介绍
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(ferroelectricrandomaccessmemory,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QuantumDesign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QuantumDesign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。
技术实现思路
本专利技术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、VSMmotor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Keithley6517B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。该系统的数据采集分析软件包含电场调控下磁化强度随温度和时间变化的测试选项，测试指定温度磁化强度随指定电压波形电压的变化和不同电压下的磁化强度随温度的变化。该系统的数据采集分析软件将VersaLab与MultiVu软件结合，首先在MultiVu软件中编辑并存储指定文件名的文件到指定路径，数据采集分析软件读取该文件的文件名，实现数据采集分析软件的相关运行判断，最终达到MultiVu和数据采集分析软件的通讯。例如：MultiVu的磁测量程序结束，我们添加一条命令在C:\\Stop路径下创建一个名为Stop的文件，MultiVu和数据采集分析软件在每次测量过程中都判断C:\\Stop路径下是否有名为Stop的文件，如果有则停止测试，并删除C:\\Stop路径下的Stop文件，这样便可以有效地避免采集大量无用数据。数据采集分析软件是由Labview工具自主开发的软件，所述数据采集软件用以采集综合物性测量系统的温度、磁场、电场调控后的磁化强度以及采集静电计上的电压数据等，同时能够实时显示各种数据的图形，并实现数据实时存储。所述软件名称为ElectricControlMagnetismwithVersaLab（简写为ECMV），程序界面如图2所示，所述程序从MultiVu的VSM附件存储系统中实时读取温度、磁场以及电场调控后的磁化强度等数据，并不直接与综合物性测量系统通讯。本专利技术的积极效果：1、所述极端条件的极低温度温度范围为50-380K，强磁场范围为0-3T。2、所述极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统的样品测试杆采用铜电极、铜导线以及石英杆制作而成，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降低磁测量误差；样品测试杆与导样杆之间通过5孔接线头插拔的形式连接。3、所述极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统的石英样品杆设计成了“L”形，可以通过改变样品位置来调整电极与磁场平行或者垂直来实现测试的方向性。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。4、所述极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统的BNC接口可为其他电压输入提供预留端口，比如脉冲电压等。5、所述数据采集分析软件包含磁化强度随温度和时间变化的测试选项，可测试指定温度磁化强度随指定电压波形电压的变化（可在文本框内任意编辑电压波形），以及不同电压下的磁化强度随温度的变化。6、所述数据采集分析软件将VersaLab与MultiVu软件完美结合，首先在MultiVu软件中编辑并存储指定文件名的文件到指定路径，数据采集分析软件读取该文件的文件名，实现数据采集分析软件的相关运行判断，最终达到MultiVu和数据采集分析软件的完美通讯，比如：MultiVu的磁测量程序结束，我们添加一条命令在C:\\Stop路径下创建一个名为Stop的文件，MultiVu和数据采集分析软件在每次测量过程中都判断C:\\Stop路径下是否有名为Stop的文件，如果有则停止测试，并删除C:\\Stop路径下的Stop文件，这样便可以有效地避免采集大量无用数据。7、所述数据采集分析软件在测试过程中，读取的数据实时存盘（并可以实时显示），可防止软件意外关闭导致数据丢失。8、所述极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统在成熟的平台上拓展新功能，成本低，而且技术可靠。附图说明图1本专利技术系统结构框图。图2样品测试杆结构示意图。图3是样品测试杆侧视图。图4是样品测试杆俯视图。具体实施方式本专利技术的优选实施例详述如下：参照图1、2，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1、一个静电计2、一个微机终端3、一根导样杆1－6和一个样品测试杆9，微机终端3通过CAN接口总线与VersaLab物性测量系统的控制模块1-1连接，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，包括综合物性测量系统、静电计、微机终端、导样杆和样品测试杆，其特征在于：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（3）通过CAN接口总线与综合物性测量系统的控制模块（1‑1）相接，控制模块分别与VSMmodule（1‑2）、VSM motor（1‑3）和液氦杜瓦（1‑4）连接，VSMmodule、VSM motor与VSM（1‑5）连接，并且导样杆（1‑6）上连接的样品测试杆置于液氦杜瓦（1‑4）内；微机终端（3）同时通过GPIB接口总线与静电计（2）连接，静电计通过BNC测试线与VersaLab综合物性测量系统中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上的两个电极连接，最终将电压施加到样品上。

【技术特征摘要】
1.极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，包括综合物性测量系统、静电计、微机终端、导样杆和样品测试杆，其特征在于：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（3）通过CAN接口总线与综合物性测量系统的控制模块（1-1）相接，控制模块分别与VSMmodule（1-2）、VSMmotor（1-3）和液氦杜瓦（1-4）连接，VSMmodule、VSMmotor与VSM（1-5）连接，并且导样杆（1-6）上连接的样品测试杆置于液氦杜瓦（1-4）内；微机终端（3）同时通过GPIB接口总线与静电计（2）连接，静电计通过BNC测试线与VersaLab综合物性测量系统中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上的两个电极连接，最终将电压施加到样品上。2.根据权利要求1所述的极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，其特征在于：所述综合物性测量系统采用VersaLab，静电计（2）采用Keithley6517B型。3.根据权利要求1所述的极端条件下测试材料及器件电场调控磁性能的系统，其特征在于：该系统的样品测试杆由铜电极（4）、铜导线（5）以及石英样品杆（6）及线头连接件（7）和五孔接线头（8）构成，其中铜电极（4）与石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹义明，何禧佳，康艳茹，魏生贤，张元磊，李哲，
申请(专利权)人：曲靖师范学院，
类型：发明
国别省市：云南;53