Lab Tour | 走进广以“最cool”实验室
你是否好奇
作为一所理工科研究型大学
广东以色列理工学院
拥有怎样的一流科研实验设施？
从本期开始
我们将开启“实验室巡礼”系列！
带大家一起
近距离感受科研魅力
“这所大学科研实力不一般！”
本期我们将一起揭秘
广东以色列理工学院“最cool”实验室
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欢迎走进纳米磁性和先进散射实验室！
我是研究助理黄俊煜。
我是研究助理刘畅。
今天，请跟我们一齐探索，这间全校 “最cool” 的实验室。
这...咱们实验室啥时候变全校“最cool”的了？
你就说我们这台仪器酷不酷？
（点击查看大图）
有一说一，这外形确实挺酷的，但外强中干总不行吧。
那当然，我们这台机器名字叫MPMS3，磁性检测系统。这一代的仪器安装了SQUID，超导量子干涉装置。
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纳米磁性和先进散射实验室
（R302）
纳米磁性和先进散射实验室是检测样本磁性的实验室，主要仪器是安装了超导量子干涉装置（SQUID）的磁性测量系统（MPMS），其主要功能是调控温度和外加磁场，以及获取样品磁矩相关数据。
不仅如此，它还有一项其他实验室仪器都无法比肩的功能，那就是在三十分钟之内，将样本的温度降低到稳定的1.8K，直逼绝对零度。它的最高温度可以达到400K。也就是说，我们能够测量在这段温度区间中样本磁性的变化。
相较于前两代，MPMS3安装了线性运输马达，多了SQUID-VSM的功能，使得该仪器可以获得更高精度和质量的数据，更大的震动幅度，以及更全面的直流电模式扫描范围。由于引入了这个新的科技，MPMS3 不仅可以在直流扫描模式下获得不同位置磁场和温度的连续图像，还可以在振动样品磁力计（VSM）模式下，于0磁场中获得达到小于十的负八次方电磁单位灵敏度的能力。
不同以往仪器使用的超导体开关，MPMS3采用快速开关的技术，解决了磁场噪音和反应速度慢的问题，使得测量效率更高，获取的数据更好。
等一下，你巴巴这么多专业名词我脑壳有点昏。
简而言之，这台机器是测量样本磁性性质的。他的主要功能是调控温度和外加磁场，获取样品磁矩相关数据，而且仪器的灵敏度可以达到小于十的负八次方电磁单位。
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安装样本过程
（刘畅、黄俊煜）
在安装样本的过程中，我们需要按照需求选择对应的样品支架，磁矩小的则选择石英样品架，因为石英样品架脆性大，且易碎，但其磁性特征小。对于磁矩大的样本，选择黄铜样品架更好，因为它的磁场背景可以忽略，实验中更容易处理。
在这里我们使用石英样品架。我们需要将样品用胶带绑在样品架中间66±3mm的位置，将石英样品架放置于安装基底上，使其底座与零点指示器齐平对齐。我们还需在样本下2mm处，套置一塑胶吸管，防止样本滑落。将样本支架与长支的样本棒相连接。在放入样本之前，需要用手敲击样本棒，检查样本是否会因震荡落下。
将MPMS打开，放进去的时候需要小心，因为石英脆性大，容易碎。
当放置好样本，设置好测试程序后，就是等待出结果的过程，最短一个小时，最长两个星期。
材料的实验比较枯燥，需要长时间等待。但是当你学习到了新的知识，枯燥的乏味会转化为收获成果的喜悦与美好，就像在沙漠中行走的旅人忽然发现不远处的绿洲一样！
这么多功能，这台仪器应该挺贵的吧。
当然，我们这台仪器可是价值70万美元。不仅仅如此，MPMS可以在7特斯拉的磁场下，在三十分钟内将样本降到1.8开尔文，直逼绝对零度。我们学校应该没有其他机器能够达到如此低的温度了吧。所以这个“最cool”实验室，实至名归！
有一说一，这台机器确实强，但是谐音梗是要扣钱的。
那么接下来，我们再来一起看看制备样品的薄膜实验室。我们走！
这衣服咋就变了？
这是我们制备播样品的仪器：磁控溅射仪。该机器的工作原理是，将靶材连接到负极，在腔室内部充满氩气和接通高压的情况下，内部的电子会围着靶材下面的永磁体磁场运动，游离的氩气原子会与电子发生碰撞，生成带正电荷的氩离子，也就是等离子体，氩离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
（点击查看大图）
等离子体啊，又是一个新概念，感觉很复杂呀。
还好啦。值得一提的是，在我们实验中，可以看到等离子体发出粉紫色的辉光，这也是我们检测仪器是否正常工作的标准之一。
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薄膜实验室
（R203-4）
这是沉积制备材料的实验室，主要仪器是磁控溅射仪。磁控溅射是一种基于等离子体的镀层工艺，它可以在靶材表面附近产生磁场，从而约束等离子体。该设备的原理是将靶材连接阴极，将基底连接至阳极，在腔室充满氩气和连接高压的情况下，内部电子会随靶材下端永磁体产生的磁场运动。当游离的氩原子与电子发生碰撞时，氩原子变为带正电荷的氩离子，也就是等离子体。等离子体中带正电荷的氩离子会与连接阴极的靶材碰撞，从而使靶材中的原子被溅射出来，进而达到在基底上沉积的目的。
相较于传统的物理气相沉积，这台磁控溅射仪引入了磁铁，从而达到以下目的：增加内部电子浓度；内部离子化更容易发生；制造更多电子与氩原子碰撞的机会；增加电子路径长度；让离子化效率明显提高。
这台磁控溅射仪腔室中最多可以容纳9个靶材，即可以在镀膜时运用多种材料。腔室内部的真空可以达到十的负八次方托尔，不用担心溅射过程中材料的氧化。
一般来说，我们可以通过控制沉积过程中通电的功率来控制沉积的速率，也可以加热腔室内部来达到特定的镀膜温度条件。
综上所述，这台磁控溅射仪运用更全能性的薄膜沉积技术，能使制备的样本附着力更高，密度更大。
这台机器也蛮酷炫的诶！
对吧，所以我才说我们实验室是“最cool”的实验室。我们用这台磁控溅射仪制做样本，用MPMS来测量样品的磁性。
还形成了一个闭环！那我们该如何加入这无比酷炫的实验室呢？
请联系我们的实验室管理员Amitesh Paul，
发邮件到amitesh.paul@gtiit.edu.cn，成为我们的一员吧！
参观完广以“酷炫”的实验室
你是否对广以更感兴趣了呢？
想进一步了解广东以色列理工学院
欢迎阅读：
英文版请见次条。
For the English version, please refer to the second article.
GTIIT
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文/图：黄俊煜、刘畅、GTIIT传媒与公共事务部
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