Kryogenfreies modulares Physik-Messsystem für Universität Braunschweig

Das zu beschaffende physikalische Messsystem muss ein vollautomatisiertes, kryogenfreies und modular aufgebautes System zur Untersuchung physikalischer Eigenschaften sein. Es muss über Module zur Analyse der ferromagnetischen Resonanz (FMR) bei In-Plane- und Out-of-Plane-Magnetfeldausrichtungen mit Anregungsfrequenzen von mindestens 35 GHz sowie zur Messung des DC-Widerstands im Temperaturbereich von 2 K bis 400 K und in Magnetfeldern bis zu 9 Tesla verfügen. Dank seines modularen Aufbaus muss das System um zusätzliche Messmethoden erweiterbar sein. Das System sowie sämtliche Komponenten haben die nachstehend aufgeführten spezifischen Anforderungen zu erfüllen. Das System muss Mikrowellenleistungsabsorptionsmessungen (insbesondere FMR bei In-Plane- und Out-of-Plane-Feldausrichtungen bis ≥35 GHz) und DC-Widerstandsmessungen ermöglichen. Das System muss zukünftige Erweiterungen um Messmethoden wie Wärmekapazität, thermischen Transport, Vibrationsprobenmagnetometrie und magneto-optische Verfahren erlauben. Das System muss kryogenfrei sein und Messungen auch bei tiefen Temperaturen ermöglichen. Das System muss vollautomatisierte Messungen ermöglichen (mit Ausnahme des Probenwechsels). Eine vollintegrierte Software zur Steuerung aller Systemfunktionen muss enthalten sein. Der Kryostat darf ausschließlich mit Heliumgas betrieben werden und darf zu keinem Zeitpunkt flüssige Kryogene benötigen. Die Magnetstromversorgung muss echte Vier-Quadranten-Eigenschaften aufweisen. Eine mitgelieferte Hardware muss zur Erzeugung eines Hochvakuums im Probenraum enthalten sein. Die Probenkammer muss hermetisch abdichtbar sein, um kontrollierte Umgebungsbedingungen zu gewährleisten. Das Heliumgas zur Temperaturregelung muss um die Probenkammer strömen und darf nicht direkt durch den Probenraum geführt werden. Das System muss einen vollständigen Systemstart aus Raumtemperatur innerhalb von 30 Stunden ermöglichen. Der Kryostat muss eine magnetische Abschirmung enthalten, die das Streufeld reduziert. Das 5-Gauss-Feld darf sich nicht weiter als 1.5 m vom Gerät ausdehnen. Der nutzbare Temperaturbereich muss mindestens 2 K bis 400 K umfassen. Die Temperaturänderung zwischen 300 K und 2 K darf maximal 60 Minuten betragen. Das System muss im stabilen sowie im kontinuierlichen Sweep-Modus betrieben werden können. Der Temperaturwechsel muss ohne Luftschleusen möglich sein. Mechanische kryogene Nadelventile sind unzulässig. Messungen unterhalb von 4,2 K müssen über längere Zeit stabil durchführbar sein. Es müssen mindestens drei Thermometer zur Temperaturmessung, -kontrolle und -gradientenerkennung vorhanden sein. Die Integration von Nutzertemperatursensoren muss möglich sein. Messungen müssen sowohl bei variierender Temperatur als auch während Magnetfeld-Sweeps durchführbar sein. Temperaturdurchläufe durch den Helium-Siedepunkt bei 4,2 K müssen gleichmäßig und ohne Sprünge erfolgen. Falls eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, muss diese zwingend wasserbasiert erfolgen. Der Magnet muss ein Feld von mindestens ±9 T bereitstellen und supraleitend sein. Das Magnetfeld muss longitudinal ausgerichtet sein. Das volle Magnetfeld muss innerhalb von maximal 10 Minuten erreicht werden. Die Feldänderungsrate muss zwischen 0,1 Oe/s und 150 Oe/s regelbar sein. Die Feldhomogenität muss mindestens ±0,01 % über eine 2 cm lange Achse betragen. Es müssen verschiedene Magnetfeldsteuerungsmodi verfügbar sein. Das Magnetfeld darf die Probentemperatur nicht beeinflussen. Im Fall eines Stromausfalls muss eine sichere Feldentladung gewährleistet sein. Der Abstand zwischen Magnetzentrum und Probenoberfläche darf 5 cm nicht überschreiten. Der Magnetbohrungsdurchmesser muss mindestens 2,4 cm betragen. Die maximale Stromversorgung des Magneten darf 64 A nicht überschreiten. Das System muss über mitgelieferte Hard- und Software zur Messung der ferromagnetischen Resonanz verfügen. Der nutzbare Temperaturbereich für FMR-Messungen muss mindestens 5 K bis 400 K betragen. Das System muss Hard- und Software zur FMR-Messung bis mindestens 35 GHz umfassen. Der magnetische Betriebsbereich für FMR-Messungen muss den gesamten Magnetfeldbereich bis 9 T abdecken. Eine dedizierte Software zur Steuerung, Datenerfassung und -auswertung der FMR-Messungen muss integriert sein. Die FMR-Hardware muss eine Helmholtz-Spule und einen integrierten Temperatursensor enthalten. Es muss ein vollständiges, Lock-In-fähiges FMR-Spektrometer vorhanden sein. Es müssen mindestens zwei Coplanar-Wellenleiter-Probenhalter mitgeliefert werden. Die Software muss bestimmte FMR-Parameter bestimmen können. Das System muss über mitgelieferte Hard- und Software zur Messung elektrisches DC-Wiederstands verfügen. Die Stromquelle muss Ströme ab 20 nA und mindestens 5 mA liefern können. Der Widerstandsmessbereich muss mindestens bis 4 MΩ reichen. Die minimale Spannungsempfindlichkeit muss ≤20 nV RMS betragen. Die Compliance-Spannung muss mindestens 3 V betragen. Das System muss im gesamten Temperatur- und Magnetfeldbereich funktionsfähig sein. Gleichzeitige Messung von bis zu drei Proben im 4-Leiter-Messmodus muss möglich sein. Mindestens eine Puck-Testbox für DC-Widerstandsmessungen muss mitgeliefert werden. Die mitgelieferte Software muss professionell entwickelt, vollständig systemintegriert und Windows-11-basiert sein. Sie muss Skripting-Funktionalitäten ohne zusätzliche Lizenzen enthalten. Die Software muss alle Systemfunktionen steuern. Vollautomatisierter Betrieb muss möglich sein. Langzeitmessungen müssen unbeaufsichtigt durchgeführt werden können. Fernzugriff über Internetverbindung muss gegeben sein. Ein intuitiver Sequenzeditor muss enthalten sein. Die Software muss auch für externe Computer nutzbar sein. Echtzeit-Datenvisualisierung muss verfügbar sein. Leistungsstarke Visualisierung muss gegeben sein. Volle Kontrolle und Visualisierung aller relevanten Systemparameter muss gegeben sein. Logging-Funktion zur Systemüberwachung muss enthalten sein. Alle Messdaten müssen im offenen ASCII-Format exportiert werden können. Pumpen müssen Wartungsintervalle von mindestens 6 Monaten ermöglichen. Alle übrigen Komponenten dürfen Wartung nicht häufiger als alle zwei Jahre erfordern. Die Steuerungseinheit darf max. 100 × 100 × 120 cm groß und max. 120 kg schwer sein. Der Kryostat darf max. 100 × 150 × 150 cm messen und max. 400 kg wiegen. Der Kompressor darf max. 100 × 80 × 80 cm groß und max. 150 kg schwer sein.