物性测量系统的功能扩展
摘 要： 物性测量系统（Physical Property Measurement System，简称PPMS）是美国量子设计（Quantum Design）公司生产的一款专门用于不同磁场和温度条件下表征样品物理性质的平台，主要用于常规的交直流电输运性质、交直流磁性以及热性质等测量。除此以外，PPMS为用户提供可扩展的通用接口总线（General”Purpose Interface Bus，简称GPIB），用户可按自己的需求把自行设计并搭建好的功能模块集成到PPMS上。将简要介绍如何在PPMS上扩展一些个性化的测试功能。
关键词： PPMS；GPIB；物性测量
改革开放以来，随着国内科学研究的不断发展和壮大，越来越多的先进科研仪器逐步进入中国，并且数量开始越来越多。其中，美国量子设计（Quantum Design）公司生产的PPMS就是一款基于自身2K”400 K温度范围，可高达16特斯拉强磁场环境下的多功能测试系统（如图1所示）。
PPMS的主要优势体现在它本身优异的温度控制功能，以及利用超导磁体所实现的十几特斯拉的强磁场环境。其本身集成在这个温度和磁场平台上的各个测试不同物理参数的组件，主要通过不同的测试单元配合不同的测试杆实现（如图2所示），本身并不是很强大。例如电输运测量，无论是直流电输运还是交流电输运，可测量的参数范围非常有限，通常，电阻的测量最高只能到106欧姆，交流电输运的频率测量范围也非常有限。这极大的限制了PPMS这个温度磁场平台性能的充分发挥。
这些限制主要源自于PPMS本身的各个测试组件的阈值以及PPMS内部复杂电路之间的相互干扰等因素。而利用各种商业化的仪表产品，我们在实验室内却可以通过自行设计来搭建所需要的测试系统，并编写相应的数据采集和仪器控制软件来实现自动化测量。例如对于前面所描述的电阻测量，只要合理的设计测试电路，解决好可能存在的漏电或电磁干扰等问题，选择Keithley 6517B高阻表就可以实现高达1012欧姆电阻的测量。由此可见，我们自行搭建的测试组件所能实现的测试功能远优越于PPMS本身所集成的组件。
如果能够利用PPMS本身的温度磁场环境，并设计出能够实现所需测试功能的样品杆（主要用于放置样品和引线布局），同时解决好样品杆的导热问题以及电磁屏蔽等问题，我们便可以实现在PPMS腔体环境下的个性化测量（例如图3所示的用于介电常数测量的自行设计的样品杆）。另外，由于PPMS本身使用GPIB线缆通信，并预留了可扩展的接口，这为实现PPMS和外接仪表的相互控制以及数据采集带来了方便。鉴...
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