低温条件下处理和测量敏感样品的样品池制造技术

一种样品池，其提供用于保持将被置于低温冷却环境中的样品。样品池包括气密的、可打开和可关闭的外壳(101)。在所述外壳内是用于接收样品的样品基座(102)。制冷附件(103)设置用于将样品池附接到低温冷却环境的制冷体。样品池包括在样品基座(102)和制冷附件(103)之间的热连接(104)。一个或多个气密连接器(105)设置用于在所述外壳(101)的内部和外部之间建立电连接。电连接。电连接。

【技术实现步骤摘要】
低温条件下处理和测量敏感样品的样品池


[0001]总体而言，本专利技术涉及在室温和低温环境下的样品处理技术。特别地， 本专利技术涉及，当样品在低温环境中不经历主动测量时，保护样品免受环境 条件的有害影响。

技术介绍

[0002]在各种测量和操作期间，许多应用需要将相对较小的材料件(通常称 为样品)冷却至非常低的温度。这种样品的示例包括但不限于量子计算中 使用的量子电路元件。其他示例是例如复杂材料件，如石墨烯、其他原子 级的薄膜材料、碳纳米管和富勒烯等。这里，低温是指只能在低温冷却系 统中实现的温度：温度低于10K，通常低于4K，并且在很多情况下为仅 几毫开尔文的量级。为了使导热和对流的热传递最小化，除了非常低的温 度外，还需要创造真空条件。
[0003]特别地，量子电路元件的特征是，需要提供进出样品的许多非常高频 的信号连接，但在其他种类的样品测量应用中也经常需要这样的特征。涉 及的频率可能在几GHz的量级。信号连接不应产生任何明显的热负荷，该 热负荷可能会使维持期望的非常低的温度变得更加困难。
[0004]已经注意到，如果经受诸如普通空气、空气中的湿气和其他杂质的环 境条件，则上述种类的样品可能经历其特征的不期望的恶化。避免这种恶 化的自然方法是靠近低温恒温器制造样品，将在所述低温恒温器中执行测 量，并且在制造后尽可能快地将样品插入低温恒温器。然而，这种近距离 的物流并非总是可能的，并且可能需要在甚至非常长的距离上运输样品。 一些样品还需要被保存，用于以后的测量或用于在相当长的时间段内的运 输。r/>
技术实现思路

[0005]目的是提供一种装置，其用于使得能够以降低其特性恶化的风险来处 理和测量上述种类的样品。另一个目的是该装置使得可以在不牺牲提供的 保护的情况下重复接近样品。另一个目的是使得能够重复使用和回收在处 理和测量样品中涉及的任何有价值的结构和材料。另一个目的是在能够与 样品进行的信号连接的数量和结构上提供相当大的自由度。
[0006]通过利用用于样品的真空密封的、可打开和可关闭的样品池(samplecell)来实现本专利技术的目的，该样品池与封闭在样品池中的样品具有集成的 真空密封的信号连接和良好的热连接。
[0007]根据第一方面，提供了一种样品池，其用于保持将被置于低温冷却环 境中的样品。样品池包括气密的、可打开和可关闭的外壳；在所述外壳内 的样品基座，其用于接收样品；制冷附件，其用于将样品池附接到低温冷 却环境的制冷体；样品基座和制冷附件之间的热连接；和一个或多个气密 连接器，其用于在外壳的内部和外部之间建立电连接。
[0008]根据一种实施例，样品池包括在外壳的内部和外部之间的排空通道， 用于在关闭
之后排空外壳。这涉及以下优点：可以方便地进行附接样品、 形成连接和关闭外壳，而不必密切关注非常特殊的环境条件，并且随后可 以通过排空外壳将样品与大气条件的有害影响隔离。
[0009]根据一种实施例，排空通道包括通过所述外壳的结构的导管，并且样 品池包括关闭阀，其用于选择性地允许和防止气态介质流动通过导管。这 涉及以下优点：用很少的外部硬件就能够方便地完成外壳对周围大气条件 的密封。
[0010]根据一种实施例，关闭阀包括关闭构件，关闭构件可在打开位置和关 闭位置之间移动，在关闭构件的所述打开位置，所述关闭构件允许气态介 质流过所述导管，并且在关闭构件的所述关闭位置，所述关闭构件防止气 态介质流过所述导管。这涉及以下优点：可以很容易地获得一种相对简单、 但耐用且功能可靠的关闭导管的方式。
[0011]根据一种实施例，样品池在导管的一部分处包括可变形的密封材料件， 使得所述关闭构件被布置成占据在关闭位置。这涉及以下优点：可以用相 对简单的机械装置使导管的关闭足够气密。
[0012]根据一种实施例，关闭阀包括与所述导管成一定角度的腔体，所述腔 体具有螺纹，并且关闭构件包括螺纹销，螺纹销被布置成，用于响应于旋 转所述螺纹而在所述螺纹腔体中纵向运动。这涉及以下优点：可以很容易 地获得一种相对简单、但耐用且功能可靠的关闭导管的方式。
[0013]根据一种实施例，制冷附件限定了所述样品池的基本平坦的外表面； 样品基座限定了样品池的基本平坦的内表面，所述内表面与所述外表面平 行，并且热连接包括在所述内表面和外表面之间的导热材料的层。这涉及 以下优点：可以使用机械简单且易于制造的部件来实现制冷附件、样品基 座和热连接。
[0014]根据一种实施例，所述导热材料是在亚开尔文温度下保持热传导的材 料。这涉及以下优点：当样品仍然在样品池内部并由样品池保护时，样品 能够被冷却到甚至亚开尔文温度。
[0015]根据一种实施例，所述导热材料包括以下之一：铝、铜、金。这涉及 以下优点：材料的固有材料特性、可用性和工具特性是众所周知的，并且 已知适合于所提及的目的。
[0016]根据一种实施例，所述外壳包括主体部件和盖部件，所述样品基座位 于主体部件中，所述盖部件可移除地附接到所述主体部件，以关闭所述主 体部件中的开口。这涉及以下优点：样品池的基本结构可以保持相对简单， 而不会损害其具有的高度有利的功能特性。
[0017]根据一种实施例，样品池在主体部件和盖部件之间包括导电密封件。 这涉及以下优点：主体部件和盖部件可用于在样品池中的样品周围建立连 续的、电磁屏蔽的结构。
[0018]根据一种实施例，导电密封件由超导材料制成。这涉及以下优点：假 如超导材料也用于其他部分，则密封件使得能够在可打开的样品池的部分 之间产生无缝的超导路径。
[0019]根据一种实施例，样品池由超导材料制成。这涉及以下优点：在最终 工作温度下为样品提供特别良好的电磁屏蔽，包括低频磁屏蔽。
[0020]根据一种实施例，样品池包括处理附件，其用于将样品池可移除地附 接到探针，探针用于将样品池插入低温冷却设备。这涉及以下优点：样品 池能够用于样品更换，其中整个低温冷却系统无需间歇加热和打开。
[0021]根据第二方面，提供了一种用于在低温冷却环境中冷却样品的装置。 该装置包括上述种类的样品池、包括制冷体的低温冷却设备、和所述制冷 体的样品池接收表面，其用于接收所述样品池进入与所述制冷体的导热接 触。
[0022]根据一种实施例，所述制冷体包括稀释制冷器的混合腔，或限定了到 稀释制冷器的混合腔的导热连接。这涉及以下优点：该装置可用于将样品 冷却至用稀释制冷器可实现的温度，该温度可能在仅几毫开尔文的量级。
[0023]根据第三方面，提供了一种用于处理将被置于低温冷却环境中的样品 的方法。该方法包括：在限定了可打开和可关闭的气密外壳的样品池中将 所述样品放置为与样品基座导热接触、关闭所述外壳、并且在将样品池置 于所述低温冷却环境中之前排空所述外壳。
[0024]根据一种实施例，该方法包括通过引发化学处理来保护样品。这涉及 以下优点：例如如果在样品装配和排空外壳之间存在延迟，则可以实现免 受环境影响的附加保护。
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种样品池，其用于保持将被置于低温冷却环境中的样品，其特征在于，所述样品池包括：-气密的、能够打开和能够关闭的外壳(101)；-样品基座(102)，其在所述外壳内，用于接收所述样品；-制冷附件(103)，其用于将所述样品池附接到所述低温冷却环境的制冷体；-热连接(104)，其在所述样品基座(102)与所述制冷附件(103)之间；和-一个或多个气密连接器(105)，其用于在所述外壳(101)的内部和外部之间建立电连接。2.根据权利要求1所述的样品池，其特征在于，包括排空通道(107)，所述排空通道(107)在所述外壳(101)的内部和外部之间，用于在关闭之后排空所述外壳(101)。3.根据权利要求2所述的样品池，其特征在于：-所述排空通道(107)包括导管(301)，其穿过所述外壳(101)的结构；并且-样品池包括关闭阀(108)，其用于选择性地允许和阻止气态介质通过所述导管(301)的流动。4.根据权利要求3所述的样品池，其特征在于，所述关闭阀(108)包括能够在打开位置和关闭位置之间移动的关闭构件(302)，在关闭构件(302)的所述打开位置，所述关闭构件(302)允许气态介质流过所述导管(301)，在关闭构件(302)的所述关闭位置，所述关闭构件(302)阻止气态介质流过所述导管(301)。5.根据权利要求4所述的样品池，其特征在于，包括能够变形的密封材料件(306)，其位于所述导管(301)的一部分处，使得所述关闭构件被布置成占据在所述关闭位置。6.根据权利要求4或5所述的样品池，其特征在于：-所述关闭阀包括腔体(303)，其与所述导管(301)成一定角度，所述腔体(303)具有螺纹；并且-所述关闭构件(302)包括螺纹销，所述螺纹销被布置成，响应于旋转所述螺纹而在所述螺纹的腔体(303)中进行纵向运动。7.根据前述权利要求中任一项所述的样品池，其特征在于：-所述制冷附件(103)限定所述样品池的基本平坦的外表面(308)；-所述样品基座(102)限定所述样品池的基本平坦的内表面，所述内表面与所述外表面(308)平行；并且-所述热连接(104)包括在所述内表面和外表面之间的导热材料的层(309)。8.根据权利要求7所述的样品池，其特征在于，所述导热材料是在亚开尔文温度下保持导热的材料。9.根据权利要求8所述的样品池，其特征在于，所述导热材料包括以下之一：铝、铜、金。10.根据前述权利要求中任一项所述的样品池，其特征在于，所述外壳(101)包括：-主体部件(201)，所述样品基座(102)位于其中；和-盖部件(202)，其能够移除地附接到所述主体部件(201)，以关闭所述主体部件(201)中的开口。11.根据权利要求10所述的样品池，其特征在于，包括在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国维，李天一，于哈，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：