Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень

Вступ. Дослідження магніто- та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах кріогенних температур потребує високовартісних спеціалізованих кріостатів. У випадку проведення досліджень в магнітних полях з індукцією до 1 Тл можна використовувати спеціальні вставки-тримачі. Проблематика. Розробка...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2018
Main Authors:	Жарков, І.П., Сафронов, В.В., Ходунов, В.О., Коновал, В.М., Маслов, В.О., Селіванов, О.В., Солонецький, А.Г., Стрельчук, В.В., Ніколенко, А.С., Циканюк, Б.І., Насєка, В.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2018
Subjects:	Наукові основи інноваційної діяльності
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134002
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький, В.В. Стрельчук, А.С. Ніколенко, Б.І. Циканюк, В.М. Насєка // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 2. — С. 29-36. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134002
record_format	dspace
spelling	Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Ходунов, В.О. Коновал, В.М. Маслов, В.О. Селіванов, О.В. Солонецький, А.Г. Стрельчук, В.В. Ніколенко, А.С. Циканюк, Б.І. Насєка, В.М. 2018-06-10T18:04:06Z 2018-06-10T18:04:06Z 2018 Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький, В.В. Стрельчук, А.С. Ніколенко, Б.І. Циканюк, В.М. Насєка // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 2. — С. 29-36. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin14.02.029 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134002 Вступ. Дослідження магніто- та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах кріогенних температур потребує високовартісних спеціалізованих кріостатів. У випадку проведення досліджень в магнітних полях з індукцією до 1 Тл можна використовувати спеціальні вставки-тримачі. Проблематика. Розробка спеціальних маніпуляторів для кріостату, які б дозволяли проводити дослідження оптичних властивостей матеріалів під впливом зовнішнього магнітного та електричного полів — це важлива проблема при проведенні низькотемпературних досліджень. Мета. Створення спеціалізованих маніпуляторів для електро- та магнітооптичних вимірювань в умовах кріогенних температур. Результати. Розроблено спеціальні маніпулятори-тримачі зразків, які дозволяють проводити вимірювання в умовах кріогенних температур у постійному магнітному полі з індукцією до 1 Тл в кріостаті рідинно-проточного типу. Конструкція також передбачає можливість змінювати величину поля шляхом зміни величини зазору між магнітами. Додатково є можливість змінювати напрямок ліній напруженості магнітного поля відносно напрямку поширення світла. Розробка дозволяє виконувати дослідження оптичних властивостей матеріалів залежно від прикладеного електричного поля в умовах низьких температур, а також передбачає можливість підведення електричного поля до зразків та реєстрацію електричних сигналів від зразка. Використання розроблених тримачів дає можливість проводити вимірювання декількох зразків в одному циклі заливки кріостату. Висновки. Розроблено спеціальні маніпулятори для дослідження магнітооптичних та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах низьких температур, що дають можливість виконувати вимірювання впливу магнітного та електричного поля на оптичні властивості досліджуваних матеріалів. Introduction. Magneto- and electro-optical research of materials at cryogenic temperature requires expensive specialized cryostats. In the case of research in magnetic fields up to 1 T special manipulator holders can be used. Problem Statement. Development of special manipulators for cryostats to enable the magneto-optical research of materials under the action of external magnetic and electric fields is a relevant problem for low temperature studies. Purpose. The purpose is to create specialized manipulators for electro- and magneto-optical measurements at cryogenic temperature. Results. Special sample holding manipulators have been developed. They enable to conduct low-temperature measurements at cryogenic temperature in a constant magnetic field up to 1 T in the continuous-flow cryostat. The design enables varying the field by changing the gap between the magnets. The magnetic field line direction is changeable with respect to the direction of light propagation. The developed manipulator allows the researchers to study the optical properties of materials depending on applied electric field, at low temperature and to supply electric field to the samples, as well as to record electrical signals from the sample. The use of sample holding manipulators enables measuring several samples in one cycle of cryostat fill. Conclusion. Special manipulators have been designed to study the magneto- and electro-optical properties of materials at low temperature. With the help of developed manipulators, it is possible to measure the influence of magnetic and electric field on the optical properties of the materials studied. Введение. Исследование магнито- и электрооптических свойств в условиях криогенных температур требует дорогостоящих специализированных криостатов. В случае проведения исследований в магнитных полях с индукцией до 1 Тл можно использовать специальные вставки-держатели. Проблематика. Разработка специальных манипуляторов для криостата, позволяющих проводить исследования оптических свойств под воздействием внешнего магнитного и электрического полей — это важная проблема при проведении низкотемпературных исследований. Цель. Создание специализированных манипуляторов для электро- и магнитооптических измерений в условиях криогенных температур. Результаты. Разработаны специальные манипуляторы-держатели образцов, которые позволяют проводить измерения в условиях криогенных температур в постоянном магнитном поле с индукцией до 1 Тл в криостате жидкостно-проточного типа. Конструкция также предусматривает возможность изменять величину поля путем изменения величины зазора между магнитами. Дополнительно есть возможность менять направление линий напряженности магнитного поля относительно направления распространения света. Разработка позволяет выполнять исследования оптических свойств в зависимости от приложенного электрического поля в условиях низких температур, а также предусматривает возможность подведения электрического поля к образцам и регистрации электрических сигналов от образца. Использование разработанных держателей дает возможность проводить измерения нескольких образцов в одном цикле заливки криостата. Выводы. Разработаны специальные манипуляторы для исследования магнитооптических и электрооптических свойств в условиях низких температур, позволяющие выполнять измерения влияния магнитного и электрического поля на оптические свойства исследуемых материалов. Роботу виконано в рамках програми наукового приладобудування НАН України, грант П-2/16-40. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наукові основи інноваційної діяльності Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень Creation of Specialized Manipulators for Low Temperature Research Создание специализированных манипуляторов для низкотемпературных исследований Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
spellingShingle	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Ходунов, В.О. Коновал, В.М. Маслов, В.О. Селіванов, О.В. Солонецький, А.Г. Стрельчук, В.В. Ніколенко, А.С. Циканюк, Б.І. Насєка, В.М. Наукові основи інноваційної діяльності
title_short	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
title_full	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
title_fullStr	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
title_full_unstemmed	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
title_sort	створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень
author	Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Ходунов, В.О. Коновал, В.М. Маслов, В.О. Селіванов, О.В. Солонецький, А.Г. Стрельчук, В.В. Ніколенко, А.С. Циканюк, Б.І. Насєка, В.М.
author_facet	Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Ходунов, В.О. Коновал, В.М. Маслов, В.О. Селіванов, О.В. Солонецький, А.Г. Стрельчук, В.В. Ніколенко, А.С. Циканюк, Б.І. Насєка, В.М.
topic	Наукові основи інноваційної діяльності
topic_facet	Наукові основи інноваційної діяльності
publishDate	2018
language	Ukrainian
container_title
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Creation of Specialized Manipulators for Low Temperature Research Создание специализированных манипуляторов для низкотемпературных исследований
description	Вступ. Дослідження магніто- та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах кріогенних температур потребує високовартісних спеціалізованих кріостатів. У випадку проведення досліджень в магнітних полях з індукцією до 1 Тл можна використовувати спеціальні вставки-тримачі. Проблематика. Розробка спеціальних маніпуляторів для кріостату, які б дозволяли проводити дослідження оптичних властивостей матеріалів під впливом зовнішнього магнітного та електричного полів — це важлива проблема при проведенні низькотемпературних досліджень. Мета. Створення спеціалізованих маніпуляторів для електро- та магнітооптичних вимірювань в умовах кріогенних температур. Результати. Розроблено спеціальні маніпулятори-тримачі зразків, які дозволяють проводити вимірювання в умовах кріогенних температур у постійному магнітному полі з індукцією до 1 Тл в кріостаті рідинно-проточного типу. Конструкція також передбачає можливість змінювати величину поля шляхом зміни величини зазору між магнітами. Додатково є можливість змінювати напрямок ліній напруженості магнітного поля відносно напрямку поширення світла. Розробка дозволяє виконувати дослідження оптичних властивостей матеріалів залежно від прикладеного електричного поля в умовах низьких температур, а також передбачає можливість підведення електричного поля до зразків та реєстрацію електричних сигналів від зразка. Використання розроблених тримачів дає можливість проводити вимірювання декількох зразків в одному циклі заливки кріостату. Висновки. Розроблено спеціальні маніпулятори для дослідження магнітооптичних та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах низьких температур, що дають можливість виконувати вимірювання впливу магнітного та електричного поля на оптичні властивості досліджуваних матеріалів. Introduction. Magneto- and electro-optical research of materials at cryogenic temperature requires expensive specialized cryostats. In the case of research in magnetic fields up to 1 T special manipulator holders can be used. Problem Statement. Development of special manipulators for cryostats to enable the magneto-optical research of materials under the action of external magnetic and electric fields is a relevant problem for low temperature studies. Purpose. The purpose is to create specialized manipulators for electro- and magneto-optical measurements at cryogenic temperature. Results. Special sample holding manipulators have been developed. They enable to conduct low-temperature measurements at cryogenic temperature in a constant magnetic field up to 1 T in the continuous-flow cryostat. The design enables varying the field by changing the gap between the magnets. The magnetic field line direction is changeable with respect to the direction of light propagation. The developed manipulator allows the researchers to study the optical properties of materials depending on applied electric field, at low temperature and to supply electric field to the samples, as well as to record electrical signals from the sample. The use of sample holding manipulators enables measuring several samples in one cycle of cryostat fill. Conclusion. Special manipulators have been designed to study the magneto- and electro-optical properties of materials at low temperature. With the help of developed manipulators, it is possible to measure the influence of magnetic and electric field on the optical properties of the materials studied. Введение. Исследование магнито- и электрооптических свойств в условиях криогенных температур требует дорогостоящих специализированных криостатов. В случае проведения исследований в магнитных полях с индукцией до 1 Тл можно использовать специальные вставки-держатели. Проблематика. Разработка специальных манипуляторов для криостата, позволяющих проводить исследования оптических свойств под воздействием внешнего магнитного и электрического полей — это важная проблема при проведении низкотемпературных исследований. Цель. Создание специализированных манипуляторов для электро- и магнитооптических измерений в условиях криогенных температур. Результаты. Разработаны специальные манипуляторы-держатели образцов, которые позволяют проводить измерения в условиях криогенных температур в постоянном магнитном поле с индукцией до 1 Тл в криостате жидкостно-проточного типа. Конструкция также предусматривает возможность изменять величину поля путем изменения величины зазора между магнитами. Дополнительно есть возможность менять направление линий напряженности магнитного поля относительно направления распространения света. Разработка позволяет выполнять исследования оптических свойств в зависимости от приложенного электрического поля в условиях низких температур, а также предусматривает возможность подведения электрического поля к образцам и регистрации электрических сигналов от образца. Использование разработанных держателей дает возможность проводить измерения нескольких образцов в одном цикле заливки криостата. Выводы. Разработаны специальные манипуляторы для исследования магнитооптических и электрооптических свойств в условиях низких температур, позволяющие выполнять измерения влияния магнитного и электрического поля на оптические свойства исследуемых материалов.
issn	1815-2066
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134002
citation_txt	Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький, В.В. Стрельчук, А.С. Ніколенко, Б.І. Циканюк, В.М. Насєка // Наука та інновації. — 2018. — Т. 14, № 2. — С. 29-36. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT žarkovíp stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT safronovvv stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT hodunovvo stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT konovalvm stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT maslovvo stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT selívanovov stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT solonecʹkiiag stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT strelʹčukvv stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT níkolenkoas stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT cikanûkbí stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT nasêkavm stvorennâspecíalízovanihmanípulâtorívdlânizʹkotemperaturnihdoslídženʹ AT žarkovíp creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT safronovvv creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT hodunovvo creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT konovalvm creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT maslovvo creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT selívanovov creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT solonecʹkiiag creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT strelʹčukvv creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT níkolenkoas creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT cikanûkbí creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT nasêkavm creationofspecializedmanipulatorsforlowtemperatureresearch AT žarkovíp sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT safronovvv sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT hodunovvo sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT konovalvm sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT maslovvo sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT selívanovov sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT solonecʹkiiag sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT strelʹčukvv sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT níkolenkoas sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT cikanûkbí sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii AT nasêkavm sozdaniespecializirovannyhmanipulâtorovdlânizkotemperaturnyhissledovanii
first_indexed	2025-11-27T04:27:24Z
last_indexed	2025-11-27T04:27:24Z
_version_	1850796411302445056
fulltext	29 І.П. Жарков 1, В.В. Сафронов 1, В.О. Ходунов 1, В.М. Коновал 1, В.О. Маслов 1, О.В. Селіванов 1, А.Г. Солонецький 1, В.В. Стрельчук 2, А.С. Ніколенко 2, Б.І. Циканюк 2, В.М. Насєка 2 1 Інститут фізики НАН України, проспект Науки, 46, Київ, 03680, Україна, +380 44 525 1630, zharkov@iop.kiev.ua 2 Інститут фізики напівпровідників НАН України, проспект Науки, 41, Київ, 03680, Україна, +380 44 525 6473, btsykaniuk@gmail.com СТВОРЕННЯ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ МАНІПУЛЯТОРІВ ДЛЯ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ © І.П. ЖАРКОВ, В.В. САФРОНОВ, В.О. ХОДУНОВ, В.М. КОНОВАЛ, В.О. МАСЛОВ, О.В. СЕЛІВАНОВ, А.Г. СОЛОНЕЦЬКИЙ, В.В. СТРЕЛЬЧУК, А.С. НІКОЛЕНКО, Б.І. ЦИКАНЮК, В.М. НАСЄКА, 2018 Вступ. Дослідження магніто- та електрооптичних властивостей матеріалів в умовах кріогенних температур по- требує високовартісних спеціалізованих кріостатів. У випадку проведення досліджень в магнітних полях з індукцією до 1 Тл можна використовувати спеціальні вставки-тримачі. Проблематика. Розробка спеціальних маніпуляторів для кріостату, які б дозволяли проводити дослідження оптичних властивостей матеріалів під впливом зовнішнього магнітного та електричного полів — це важлива пробле- ма при проведенні низькотемпературних досліджень. Мета. Створення спеціалізованих маніпуляторів для електро- та магнітооптичних вимірювань в умовах кріоген- них температур. Результати. Розроблено спеціальні маніпулятори-тримачі зразків, які дозволяють проводити вимірювання в умовах кріогенних температур у постійному магнітному полі з індукцією до 1 Тл в кріостаті рідинно-проточного типу. Конструкція також передбачає можливість змінювати величину поля шляхом зміни величини зазору між магнітами. Додатково є можливість змінювати напрямок ліній напруженості магнітного поля відносно напрямку поширення світла. Розробка дозволяє виконувати дослідження оптичних властивостей матеріалів залежно від прикладеного елект- ричного поля в умовах низьких температур, а також передбачає можливість підведення електричного поля до зраз- ків та реєстрацію електричних сигналів від зразка. Використання розроблених тримачів дає можливість проводити вимірювання декількох зразків в одному циклі заливки кріостату. Висновки. Розроблено спеціальні маніпулятори для дослідження магнітооптичних та електрооптичних власти- востей матеріалів в умовах низьких температур, що дають можливість виконувати вимірювання впливу магнітного та електричного поля на оптичні властивості досліджуваних матеріалів. Роботу виконано в рамках програми наукового приладобудування НАН України, грант П-2/16-40. К л ю ч о в і с л о в а: маніпулятор, магнітооптика, електрооптика, кріостат. ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14(2): 29—36 https://doi.org/10.15407/scin14.02.029 На сьогодні застосування тримачів дослід- жуваних зразків в кріостатах для проведення досліджень в умовах низьких температур є достатньо широким [1—8]. Також вони є допо- міжним засобом при виконанні низки науко- вих робіт, оскільки дозволяють вико ну вати вимірювання досліджуваних зразків під впли- вом додаткових умов (електричне і магнітне поле, сили стискання та розтягування тощо). Крім того, за допомогою таких тримачів мож- на знімати додаткові інформаційні сигнали зі зразків. Зазвичай для проведення низькотемпера- турних електрооптичних та магнітооптичних досліджень застосовують спеціалізовані кріо- стати. Для створення магнітного поля такі 30 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький та ін. кріо стати можуть використовувати спеціаль- ні надпровідні соленоїди [7], штанги з індук- ційною котушкою [6] або безпосередньо роз- ташовуватися в полі зовнішнього магніту [3]. Однією з проблем використання подібних кріо статів у наукових дослідженнях є їх висо- ка вартість. Тому, при проведені оптичних до- сліджень при невеликих значеннях магнітного поля (наприклад, дослідження ефекту Зеєма- на) або прикладенні зовнішнього електрично- го поля, альтернативним рішенням може бути використання в оптичному кріостаті вставки- тримача зразка, що розташований в полі між двома постійними магнітами. Метою роботи було створення спеціалізованих маніпулято- рів для електро- та магнітооптичних дослід- жень в умовах кріогенних температур. На рис. 1 представлено схему конструкції маніпулятора для проведення магнітооптич- них досліджень. Розроблений маніпулятор доз воляє використовувати неодимові магніти діаметром 20 мм для створення радіально та аксіально орієнтованого магнітного поля з на- пруженістю до 1 Тл. Він складається з цент- ральної трубки 1, підкладки 2 для кріплення зразка, комутаційної коробки 3, механізму пе- реміщення постійних магнітів 4 і подовжува- ча 5. Трубка 1 — це тонкостінна трубка з ма- теріалу з низькою теплопровідністю, всередині якої закріплено з можливістю обертання шток 6 механізму переміщення магнітів. Механізм просторового паралельного розведення маг- нітів за допомогою двох гвинтових пар з пра- вою та лівою різьбою перетворює обертальний рух штока навколо вертикальної осі в синх- ронний поступальний рух в протилежних на- прямках двох обойм з магнітами. Також всере- дині трубки 1 закріплено чотири трубки (7) меншого діаметру. Крізь ці трубки проведено провідники, які з’єднують зразок, нагрівач, датчик температури та датчики Холла, а також ємнісний рівнемір із з’єднувачами на комута- ційній коробці 3. В розробленому маніпуляторі для магніто- оптичних досліджень зразок 11 закріплюють на торець підкладки 2 і розташовують вздовж 26 28 27 21 20 19 39 12 10 23 24 2 18 13 14 16 15 17 4 9 45 46 7 1 3 25 29 6 31 43 30 8 22 41 40 5 42 32 44 35 33 37 11 34 36 38 6 Рис. 1. Конструкція розробленого магнітооптичного ма- ніпулятора 31ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень вертикальної осі маніпулятора. Підкладка 2 кріпиться на хвостовик 8 у нижній частині трубки 1 через пластину 9 та кронштейн 10. На цій підкладці також встановлено датчик температури 12 та обмотку електронагрівача 13 (R = 15 Ом ± 20 %). Додатково на ній також розміщено плати 14 і 15, на яких закріплено два датчики Холла 16, 17, необхідних для вимірювання напруженості магнітного поля різної орієнтації. Для вимірювання напруже- ності радіально орієнтованого магнітного поля використовується датчик Холла 16, а для ак- сіально орієнтованого — датчик Холла 17. Підкладка 2 має отвір 18 для можливості ви- конання оптичних досліджень. Провідники від зразка, нагрівача, датчиків Холла та температури прокладено крізь труб- ки 19 до комутаційних плат 20, 21 і 22 та з’єднано з провідниками, що йдуть через труб- ки 7 до з’єднувачів на комутаційній коробці 3. Крім того, провідник 23 від ємнісного датчика рівня 24 проходить крізь одну із трубок 7 і його з’єднано з відповідним з’єднувачем на ко- мутаційній коробці. Комутаційну коробку 3 закріплено безпосередньо у верхній частині центральної трубки 1 через наконечник 25 і призначено для встановлення з’єднувачів 26, 27 та 28. Для забезпечення доступу до контак- тів з’єднувачів передбачено кришку 29, яка знімається. Схему підключення електричних ланцюгів до контактів з’єднувачів наведено на рис. 2. Для зміни напруженості магнітного поля між постійними магнітами використовується механізм 4. Він складається із маховика 30, який жорстко закріплено у верхній частині штока 6. Маховик і шток можуть обертатись у втулці 31. Конструкція механізму також вклю- чає в себе гвинт 32 з правою і лівою різьбою, який закріплено в нижній частині штока, і обойми 33, 34, в яких вмонтовано постійні магніти 35, 36, закріплених за допомогою на- кидних гайок 37 і 38. Обойма 33 має праву різьбу у верхній частині та встановлена на нижній частині гвинта 32. При обертанні гвин- та за годинниковою стрілкою обойма разом з магнітом 35 переміщується вгору. Обойму 34 через трубку 39 закріплено на верхній частині гвинта 32 за допомогою гайки 40 з лівою різь- бою. При обертанні гвинта 32 за годиннико- вою стрілкою обойма 34 із вмонтованим маг- нітом 36 переміщується вниз. Таким чином, при обертанні маховика 30 за годинниковою стрілкою відстань між магнітами 35 і 36 від- носно зразка буде синхронно збільшуватися, а Рис. 2. Схема підключення електричних ланцюгів на ма- ніпуляторі для магнітооптичних досліджень » –– » » » » » » » Те саме Адреса виз- на чається ко- ристувачем » » » 32 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький та ін. 6000 5000 4000 при обертанні маховика проти годинникової стрілки — зменшуватися. Для зручності градуювання величини на- пруженості магнітного поля від кута повороту гвинта розроблено спеціальний механізм, при- нцип роботи якого полягає в наступному: на хвостовику 8 закріплено кутник 41 з направ- ляючою 42 для обойми 33 і гайки 40. На втулці 31 закріплено лімб 43 для відліку кута поворо- ту штока 6 з гвинтом 32. Останній має ліву та праву різьбу з кроком 1 мм. Подовжувач 5 за допомогою гайки 44 кріпиться на верхньому патрубку кріостата. В сальниковому ущільнен- ні 45 трубка 1 може переміщуватися вгору або вниз, а також обертатися на 360о. Положення труб ки 1 фіксується за допомогою гайки 46. При одному повному обертанні гвинта відстань між магнітами може збільшуватись або зменшува- тись на 2 мм. Графік залежності напруженості магнітного поля від відстані між магнітами тов- щиною 10 мм та 20 мм представлено на рис. 3. Розроблений маніпулятор дозволяє прово- дити низькотемпературні (4,2 К) магнітооп- тичні вимірювання спектрів пропускання, по глинання, відбивання, фото- та електро лю- мінесценції в широкій інфрачервоній області спектру (0,8—300 μм). Також додатково перед- бачено можливість вимірювання спектрів магнітного циркулярного дихроїзму в інфра- червоній області в двох різних геометріях: Фа радея (хвильовий вектор k падаючого світ- ла паралельний вектору напруженості маг - ніт но го поля H, магнітний циркулярний дих- роїзм) та Фойгта (хвильовий вектор k пер пен- ди ку ляр ний вектору H, магнітний лінійний дихроїзм). За допомогою розробленого маніпулятора можна проводити вимірювання різних магні- тооптичних ефектів, зокрема, ефекту Зеємана в магніторозчинених напівпровідниках, лего- ваних атомами перехідних 3d металів. Дослід- ження спектральної залежності ефекту Зеєма- на дозволяє визначити величину й характер зеєманівського розчеплення, що свідчить про тип та величину взаємодії між магнітними до- мішками. Завдяки можливості регулювання величи- ни магнітного поля й калібруванню його ве- личини за допомогою датчиків Холла, розроб- лений маніпулятор можна використовувати для вимірювання залежності описаних магні- тооптичних ефектів від величини напруже- ності прикладеного магнітного поля. Для розробки та впровадження у виробницт- во приладних структур важливо знати їх по- ведінку під впливом різноманітних зовнішніх факторів, зокрема оптичного випромінювання, температури, прикладеного електричного стру- му тощо. Тому в рамках виконаної роботи було розроблено конструкцію та створено маніпуля- тор для електрооптичних досліджень (рис. 4). Останній дозволяє працювати зі зразками, які розміщено в стандартний корпус Plcc 20 pins (Plastic leadless chip carrier), а також із плоски- ми зразками довільної форми із максималь- ним поперечним розміром 15 мм. Конструкція маніпулятора складається із центральної трубки 1, тримача змінних під- кладок зі зразками 2, комутаційної коробки 3, Рис. 3. Залежність напруженості магнітного поля від відстані між постійними магнітами різної висоти (h = 10 мм, h = 20 мм Відстань між магнітами, мм 10 20 30 40 50 Н ап ру ж ен іс ть м аг ні тн ог о по ля , е рс 3000 2000 1000 0 h = 10 мм h = 20 мм 33ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень подовжувача 4 і механізму 5 фіксованого пере- міщення тримача 2 по вертикалі і навколо осі. Трубка 1 — це тонкостінна трубка з матеріалу з низькою теплопровідністю, всередині якої закріплено чотири менші трубки 6 з пропуще- ними провідниками. За допомогою зазначених провідників з’єднуються зразок, нагрівач, дат- чик температури та ємнісний рівнемір із з’єд- нувачами на комутаційній коробці 3. Тримач змінних підкладок 2 зі зразками за- кріплено на хвостовику 7 в нижній частині трубки 1. Додатково на тримачі встановлено датчик температури 8, а також закріплений за допомогою хомута 9 датчик 10 ємнісного рів- неміра рідкого гелію. На тримачі 2 передбаче- но чотири різьбові отвори для кріплення змін- них підкладок зі зразками. Також у нижній частині тримача встановлено електронагрівач 11 (R = 21 Ом ± 20 %). Комутаційну коробку 3 закріплено у верх- ній частині трубки 1 через наконечник 12 і призначено для установки з’єднувачів 13, 14, 15. Для забезпечення доступу до контактів з’єд нувачів в комутаційній коробці є кришка 16, яка знімається. Маніпулятор встановлю- ється на верхньому патрубку кріостата за до- помогою подовжувача 4, який закріплюється нерухомо накидною гайкою 17. Трубка 1 у верх - ній частині подовжувача встановлена з мож- ливістю повороту і переміщення по вертикалі. Положення трубки фіксується за допомогою сальникового ущільнення 18 за допомогою на- Рис. 4. Конструкція маніпулятора для електрооптичних досліджень Рис. 5. Схема підключення електричних ланцюгів на ма- ніпуляторі для виконання електрооптичних досліджень 16 14 12 15 13 29 24 1 19 18 22 21 20 4 17 33 7 32 10 2 11 8 31 30 9 6 3 23 5 24 25 26 28 27 Те саме 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Адреса виз на - чається корис- тувачем Ланцюг Ланцюг Ланцюг Адреса Адреса Адреса Плата (поз. 32) Конт. Конт. Конт. » » » Вільний Загальний Внутр. обкл. Сд Зовніш. обкл. Сд Загальний Нагрів Нагрівач Корпус МН Вільний Вільний ВЧ » » » » » » » – DT + DT+ Ід – Ід » РСГ 4 (поз. 13) РСГ 4 (поз. 14) РСГ 4 (поз. 15) Плата (поз. 32) Сд (поз. 10) DT (поз. 8) Rн (поз. 11) 34 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький та ін. кидної гайки 19. Спеціальний пристрій для центрування 20 забезпечує центрування ниж- ньої частини маніпулятора у камері термоста- тування та при його розміщенні в кріостаті. Пробка з пінопласту 21 обмежує зверху об’єм камери термостатування із введеним маніпу- лятором. Для фіксованого переміщення тримача 2 по вертикалі і навколо осі розроблено спеціаль- ний механізм. Його конструкція складається зі стакана 22, який закріплено у верхній час- тині подовжувача 4, а також пристрою для фіксації. Останній складається із хомута 23, встановленого на трубці 1, планки 24, корпусу 25, в якому закріплена вісь 26 і пружина 27, а також закріпленого на осі маховика 28. Хомут 23 закріплюється на трубці 1 за допомогою гвинта 29. Конструкція механізму 5 передба- чає переміщення тримача 2 у трьох фіксова- них положеннях по висоті і навколо осі, що визначаються положенням дев’яти отворів у стакані 22. Для початку роботи необхідно встановити маніпулятор у вихідне положення. В такому по ложенні вісь 26 заходить у нижні отвір ста- кана 22, а вертикальний переріз механізму фік сації розташований у площині вертикаль- ного перерізу тримача 2. При такому розмі щен- ні нижньому положенню осі 26 в стакані 22 відповідає положення верхнього отвору 30 під- кладки, яке знаходиться на оптичній осі вікон кріостату. Для переміщення тримача 2 у друге фіксо- ване положення необхідно послабити гайку 19, підняти вісь 26 вгору в стакані 22 за допо- могою маховичка 28. При цьому нижній отвір 31 підкладки піднімається вгору на 22 мм. У випадку застосування підкладки з трьома от- ворами необхідно перемістити тримач 2 вгору на 10,5 мм та зафіксувати вісь 26 в отворі ста- кана 22. За необхідності, окрім переміщення по вертикалі, також можна змінювати кутове положення тримача 2 шляхом його обертання в різні боки на 90°. Виводи від зразків, датчика температури, ємнісного датчика та нагрівача з'єднані з комутаційною коробкою за допомо- гою комутаційних плат 32, 33. Схему підклю- чення електричних ланцюгів до контактів з’єд- нувачів показано на рис. 5. Переміщення маніпулятора по вертикалі та його фіксація в певних положеннях дозволяє проводити дослідження декількох зразків в одному робочому циклі заливки гелію. Завдя- ки цьому усувається необхідність нагрівання кріостату та його розгерметизації для заміни зразка, що значно скорочує як час виконання вимірювання, так і витрати енергоресурсів та кріогенних рідин. Крім того, можливість регу- лювання розташування маніпулятора по висо- ті та його положення навколо осі дозволяє про- водити додаткове юстування положення зраз- ка в кріостаті відносно напрямку падаючого світла. Така можливість дозволяє обирати для дослідження певні локальні ділянки зразка. Додаткова можливість підключення електрич- них контактів до зразка дозволяє одночасно проводити електрофізичні, оптичні та елект- рооптичні дослідження. Інтелектуальна власність на розробки оформ- лена патентами України № 120275 та № 120401. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Деклараційний патент на корисну модель України № 17466. Жарков І.П., Маслов В.О., Сафронов В.В., Чмуль А.Г. Вставка кріостата. 2. Патент України № 44265 на корисну модель. Жарков І.П., Жирко Ю.І., Комаров А.В., Маслов В.О., Сафронов В.В. Вставка кріостата. 3. Жарков И.П., Жирко Ю.И., Иващенко А.Н., Сафронов В.В., Ходунов В.А. Терморегулируемая криостатная система для исследования магнито-оптических свойств материалов под давлением в диапазоне температур 77-300 К. Научное приборостроение. 2010. Т. 20, № 2. С. 120—125. 35ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень 4. Патент України № 55606 на корисну модель. Жарков І.П., Маслов В.О., Ходунов В.О., Сафронов В.В., Чмуль А.Г. Вставка кріостата для дослідження фотовольтаїчних характеристик зразків при механічних навантаженнях. 5. Патент України на винахід № 103508. Жарков І.П., Комаров А.В., Маслов В.О., Сафронов В.В. Вставка кріо- стата для електромагнітооптичних досліджень. 6. Патент України на корисну модель № 86176. Жарков І.П., Маслов В.О., Сафронов В.В., Селіванов О.В. 3D вставка кріостата для оптичних та електрооптичних досліджень. 7. Патент України на винахід № 112992. Жарков І.П., Пилипчук О.С., Порошин В.М., Сафронов В.В., Ходу- нов В.О. Терморегульована кріостатна система для магнітофізичних та електрофізичних досліджень. 8. Жарков І.П., Сафронов В.В., Паламарчук С.П., Пилипчук О.С., Солонецький А.Г., Ходунов В.О. Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень. Наука та інновації. 2016. Т. 12, № 3. С. 29–34. Стаття надійшла до редакції 14.11.17 REFERENCES 1. Deklaratsiinyi patent na korysnu model Ukrainy # 17466. Zharkov I. P., Maslov V. O., Safronov V. V., Chmul A. H. Vstavka kriostata [in Ukrainian]. 2. Patent Ukrainy N 44265 na korysnu model. Zharkov I. P., Zhyrko Yu. I., Komarov A. V., Maslov V. O., Safronov V. V. Vstav ka kriostata [in Ukrainian]. 3. Zharkov, Y. P., Zhyrko, Yu. Y., Іvashchenko, A. N., Safronov, V. V., Khodunov, V. A. (2010). Termorehulyruemaia kryostatnaia systema dlia yssledovanyia mahnyto-optycheskykh svoistv materyalov pod davlenyem v dyapazone temperatur 77-300 K. Nauchnoe pryborostroenye, 20(2), 120—125 [in Russian]. 4. Patent Ukrainy N 55606 na korysnu model. Zharkov I. P., Maslov V. O., Khodunov V. O., Safronov V. V., Chmul A. H. Vstavka kriostata dlia doslidzhennia fotovoltaichnykh kharakterystyk zrazkiv pry mekhanichnykh navantazhenniakh [in Ukrainian]. 5. Patent Ukrainy na vynakhid N 103508. Zharkov I. P., Komarov A. V., Maslov V. O., Safronov V. V. Vstavka kriostata dlia elektromahnitooptychnykh doslidzhen [in Ukrainian]. 6. Patent Ukrainy na korysnu model N 86176. Zharkov I. P., Maslov V. O., Safronov V. V., Selivanov O. V. 3D vstavka kriostata dlia optychnykh ta elektrooptychnykh doslidzhen [in Ukrainian]. 7. Patent Ukrainy na vynakhid N 112992. Zharkov I. P., Pylypchuk O. S., Poroshyn V. M., Safronov V. V., Khodunov V. O. Termorehulovana kriostatna systema dlia mahnitofizychnykh ta elektrofizychnykh doslidzhen [in Ukrainian]. 8. Zharkov, I. P., Safronov, V. V., Palamarchuk, S. P., Pylypchuk, O. S., Solonetskyi, A. H., Khodunov, V. O. (2016). Komp- leks krioaparatury z vbudovanym nadprovidnym solenoidom dlia mahnitofizychnykh ta elektrofizychnykh doslidzhen. Nau- ka innov., 12(3), 29—34 [in Ukrainian]. Received 14.11.17 Zharkov 1, I.P., Safronov 1, V.V., Khodunov 1, V.А., Konoval 1, V.M., Maslov 1, V.А., Selivanov 1, А.V., Solonetsky 1, А.G., Strelchuk 2, V.V., Nikolenko 2, А.S., Tsykaniuk 2, B.I., and Naseka, 2 V.N. 1 Institute of Physics, the NAS of Ukraine, 46, Nauki Ave., Kyiv, 03680, Ukraine +380 44 525 1630, zharkov@iop.kiev.ua 2 Institute of Semiconductor Physics, the NAS of Ukraine, 41, Nauki Ave., Kyiv, 03680, Ukraine +380 44 525 6473, btsykaniuk@gmail.com CREATION OF SPECIALIZED MANIPULATORS FOR LOW TEMPERATURE RESEARCH Introduction. Magneto- and electro-optical research of materials at cryogenic temperature requires expensive specia- lized cryostats. In the case of research in magnetic fields up to 1 T special manipulator holders can be used. Problem Statement. Development of special manipulators for cryostats to enable the magneto-optical research of ma- terials under the action of external magnetic and electric fields is a relevant problem for low temperature studies. Purpose. The purpose is to create specialized manipulators for electro- and magneto-optical measurements at cryo- genic temperature. Results. Special sample holding manipulators have been developed. They enable to conduct low-temperature measure- ments at cryogenic temperature in a constant magnetic field up to 1 T in the continuous-flow cryostat. The design enables varying the field by changing the gap between the magnets. The magnetic field line direction is changeable with respect to the direction of light propagation. 36 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2018, 14 (2) І.П. Жарков, В.В. Сафронов, В.О. Ходунов, В.М. Коновал, В.О. Маслов, О.В. Селіванов, А.Г. Солонецький та ін. The developed manipulator allows the researchers to study the optical properties of materials depending on applied electric field, at low temperature and to supply electric field to the samples, as well as to record electrical signals from the sample. The use of sample holding manipulators enables measuring several samples in one cycle of cryostat fill. Conclusion. Special manipulators have been designed to study the magneto- and electro-optical properties of materials at low temperature. With the help of developed manipulators, it is possible to measure the influence of magnetic and electric field on the optical properties of the materials studied. The research has been carried out within the framework of the Program of Research Instrument-Making of the NАS of Ukraine, grant No. P- 2/16-40. Keywords : manipulator, magneto-optics, electro-optics, and cryostat. И.П. Жарков 1, В.В. Сафронов 1, В.А. Ходунов 1, В.М.Коновал 1, В.А. Маслов 1, А.В. Селиванов 1, А.Г. Солонецкий 1, В.В. Стрельчук 2, А.С. Николенко 2, Б.И. Цыканюк 2, В.Н. Насека 2 1 Институт физики НАН Украины, просп. Науки, 46, Киев, 03680, Украина +380 44 525 1630, zharkov@iop.kiev.ua 2 Институт физики полупроводников НАН Украины, просп. Науки, 41, Киев, 03680, Украина +380 44 525 6473, btsykaniuk@gmail.com СОЗДАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Введение. Исследование магнито- и электрооптических свойств в условиях криогенных температур требует дорогостоящих специализированных криостатов. В случае проведения исследований в магнитных полях с индукци- ей до 1 Тл можно использовать специальные вставки-держатели. Проблематика. Разработка специальных манипуляторов для криостата, позволяющих проводить исследования оптических свойств под воздействием внешнего магнитного и электрического полей — это важная проблема при про- ведении низкотемпературных исследований. Цель. Создание специализированных манипуляторов для электро- и магнитооптических измерений в условиях криогенных температур. Результаты. Разработаны специальные манипуляторы-держатели образцов, которые позволяют проводить из- мерения в условиях криогенных температур в постоянном магнитном поле с индукцией до 1 Тл в криостате жидкост- но-проточного типа. Конструкция также предусматривает возможность изменять величину поля путем изменения величины зазора между магнитами. Дополнительно есть возможность менять направление линий напряженности магнитного поля относительно направления распространения света. Разработка позволяет выполнять исследования оптических свойств в зависимости от приложенного электри- ческого поля в условиях низких температур, а также предусматривает возможность подведения электрического поля к образцам и регистрации электрических сигналов от образца. Использование разработанных держателей дает воз- можность проводить измерения нескольких образцов в одном цикле заливки криостата. Выводы. Разработаны специальные манипуляторы для исследования магнитооптических и электрооптических свойств в условиях низких температур, позволяющие выполнять измерения влияния магнитного и электрического поля на оптические свойства исследуемых материалов. Ключевые слова : манипулятор, магнитооптика, электрооптика, криостат.

Створення спеціалізованих маніпуляторів для низькотемпературних досліджень

Institution

Similar Items