专为量子计算全新设计的无液氦稀释制冷机 TritonXL

新一代 TritonXL 系列稀释制冷机相比于标准型 Triton 可以提供更高的制冷功率以及更大的样品空间。同时,这也是市场上具有最优最低温度的稀释制冷机系统(实际测得最低温度为3.3 mK)。根据不同的最低温度以及制冷功率需求,TritonXL 提供了两种不同的稀释制冷单元:

  • TritonXL 900 最低温度 < 5 mK以及100 mK时制冷功率 > 900 µW
  • TritonXL 500 最低温度 < 10 mK以及100 mK时制冷功率 > 450 µW

TritonXL 900的典型表现

  • 低于 4 mK的最低温度
  • 10 mK 时制冷功率5 µW
  • 20 mK 时制冷功率25 µW
  • 100 mK 时最大1000 µW的制冷功率 (取决于脉冲管制冷机的选择)
  • 混合腔样品台直径达 430 mm
  • 可配备两个1.5 W 的脉冲管制冷机
  • 中心具有100mm 直通孔可用于同轴线缆通过或者用于顶部换样
  • 六条50mm 直通孔供同轴线缆通过
  • 五条50mm 非直通孔供普通线缆通过
  • 总重200kg 的最大18T 的磁体
  • 总共最多可配备70根带有 SMA 接头的同轴线

 

 

 

技术参数

技术参数

  • 最低温度:TritonXL 400 < 10mK,TritonXL 900 < 5mK
  • 20 mK时制冷功率: T ritonXL 400为12μW,TritonXL 1000为25μW
  • 100 mK时制冷功率:TritonXL 400为450μW,TritonXL 1000为900μW
  • 降温时间:<48 h
  • 样品环境:真空
  • 样品空间:430 mm直径×250 mm
  • 顶部和底部样品装载选项
  • 选择磁体选项:最多18 T

要查看完整的规格,请下载下面的规格表。

Triton特点

轻松访问样本区域

Triton平台大而开放的结构使得在实验冷盘上安装附加设备变得容易。

混合室冷盘可以在其标准配置中支撑高达10公斤的实验设备。如果需要也可以加强结构以适应更重的实验。4K板(PT2)可以支持额外的60公斤设备。

可靠的充分证明过的稀释单元技术

牛津仪器稀释单元具有的良好的跟踪记录,是几十年追求精益求精的焊接、铜焊和低温焊接等制造工艺的结果,具有最高的可靠性和密封性。该核心部件具有比其他厂商的总和更大的用户群,目前在全球超过700台湿式和干式稀释制冷机中使用。

低振动

在1 Hz至1 kHz的频谱范围内,所有实验平台的振幅测量值均在100 nm以下。这通过两个重要特征实现:使用高度柔性的铜编织物,其将脉冲管头与实验冷盘分离。
 


 

 

 

 

 

 

 

 

温度稳定性

温度控制的精度对于新材料或新器件的样品表征是相当关键的。Triton无液氦稀释制冷机内部最低温度的稳定度,图a中显示的是无需控制反馈回路工作的非主动温度控制,温度稳定度时8.3 ± 0.2 mK。在另一项测试中,当偏置控制传感器时,闭环控制可以改进控温精度。

在温度范围20–300 mK中,可以取得10 μK的控制精度。在图b中,显示的是混合室冷盘在30K的控温数据,测温过程中,磁体从零场以0.3 T/min的扫场速率升至12T,然后在降回零场。我们可以看到整个过程中温度的标准偏差是3.5mK,最大偏差约± 7 mK。

可拆卸阻抗

尽管有高效的冷阱,在经过几年的运行后,还是可能会积累少量的污染物。 Triton设计成在标准VCR垫圈配件上具有易于拆卸和阻挡污染的功能,如有必要可以轻松更换此组件。

冷阱

在60 K下运行的内部活性炭吸收器能够吸收超过1L的空气污染物。

该系统可以轻松操作6个月以上,而无需加热。

能长时间持续保温的LN2杜瓦提供外部冷阱,每周只需要补充一次。 可应要求提供保温时间更长的杜瓦。

温度传感器

专业焊接温度传感器(4引线读数)安装在所有五个冷盘上,连接器可拆卸以便于维修。温度传感器和加热器使用带有16通道扫描仪的Lakeshore 372AC电桥进行操作。

混合室中的RuO2温度传感器在出厂前校准。因为电阻测温对于变化的RF环境是敏感的,所以我们在安装过程中提供重复的校准服务,以确保它的准确性。

集成式气体处理系统

焊接组件具有高质量、气动控制、波纹管密封阀以保证将泄漏风险降到最小。集成式减压阀可防止由于断电或低温堵塞造成的压力升高。所有气动阀门开关允许手动控制,而无需依赖软件(需要供应5 bar压缩空气)。

无油无尘泵送回路

Pfeiffer HiPace涡轮泵具有最小磨损的磁性轴承,经过UL认证的预期寿命接近100,000小时。

针对氦气进行了优化的牛津仪器模式,确保了蒸馏室温度能达到最低的可能。

 

 

 

 

来自Pfeiffer的Adixen干式多级罗茨泵以其高可靠性而在半导体行业闻名,并获得UL认证。 罗茨泵与许多替代型泵相比具有更高的抽速,这意味着涡轮泵产生的应变相比较小。

 

 

 

 

 

来自KNF的双隔膜压缩机,专为牛津仪器开发高规格版本。 经UL认证,能够在4 bar的极高的出口压力下运行,这为在冷凝管低温端发生局部限制时提供了额外的安全性。其独特的双隔膜设计提供了额外的保护层,防止混合气体损失(任何其他泵组中都具备此项技术)。 与使用尖端密封产生灰尘的涡旋泵相比,它也是一种更清洁的技术。

 

 

底部换样

底部换样

样品空间最大化 
 
我们提供世界一流的,具有专利保护的底部样品装载机制,适配42mm或者72mm样品空间(其辐射屏蔽的ID),以分别对应孔径为58毫米或90毫米的磁体。
 
快速冷却
 
这些样品托通常会分别在7小时和10小时内从室温冷却至最低温度。冷却程序采用系统控制软件全自动完成。
 
卓越的温度性能
 
在安装有多组半刚性同轴线的情况下,两个型号样品架上样品温度均可以到10mK。
 
卓越的接线能力
 

标配14根射频线连接(40 GHz SMP),以及50根直流测量线连接(可根据要求提供多达28根射频线连接加100根直流测量线的特殊定制)。

样品的ESD保护(先合后断),样品架连接混合室冷盘前对样品进行接地或偏置。
 
 

顶部换样

我们的顶部装载选项有着与与底部装载选项相同的高性能优势。

易用且更大的样品空间

顶部装载机制(安装在中心视线端口上)便于低温恒温器安装在凹坑中或在光学平台时进行换样操作。样品空间直径为32 mm。

卓越的接线能力

标配14根射频线连接(40 GHz SMP),以及50根直流测量线连接(可根据要求提供多达28根射频线连接加100根直流测量线的特殊定制)。如同底部装载,通过额外的接线使得在装载期间对样品进行接地或偏置。
 

集成无液氦超导磁体

一流的单脉冲管制冷无液氦超导磁体和稀释制冷机集成系统,提供磁场低温相结合环境

我们是唯一的能够同时设计制造支持稀释制冷机和超导磁体的厂商,并对二者提供专业的售后服务。为使用我们的设备提供了独特的售后和服务支持能力。

多种磁体可供选择,磁场范围从0.3T到18T,以及各种多轴矢量磁体和可通光学的分离磁体对。并可以根据要求为大多数磁体提供可拆卸电流引线(不同于焊接)。

我们的HTS电流引线带有黄铜顶盖(不同于铜),将辐射和接线所产生的热负荷从60K降低到4 K级。

牛津仪器是唯一的单一来源供应商,提供有保证的无液氦磁体和稀释制冷机性能,具有以下扩展范围:

  • 标准磁体选项有3、5、8、12、14和18T
  • 新型磁体加速技术(见下文)
  • 最低温度:≤7mK
  • HTS电流引线的低散热在50 K和4 K之间
  • 使用牛津仪器公司开发的用于最新高场低损耗Nb3Sn的快速扫场功能。磁体可在不到30分钟内可以从零场升至15T
  • NbTi线圈上的70 mm冷孔标准,Nb3Sn线圈上的57 mm冷孔标准
  • 磁场均匀性:0.1%超过10毫米dsv
  • 持续模式下,磁场稳定性0.01% /小时
  • 可根据需求提供定制设计,分离对和矢量旋转线圈
  • 从室温到最低温度由稀释制冷机自动控制
  • 顶部或底部装载选项可用于快速更换样品
  • 通过只用一个O圈密封的真空空间,无需IVC即可方便可靠地进样
  • 在4 K和70 K时,单脉冲管制冷机具有振动隔离的功能

抵消线圈

大多数磁体都可以使用在混合室冷盘周围形成主动屏蔽区域(一般 < 100 Gauss)的抵消线圈。 该选项会导致更长的系统冷却时间,但对于在混合室冷盘上安装有磁敏部件的实验来说可能是至关重要的。同时它还减少了涡流加热效应,因此这使得它对于扫场实验更具有吸引力。

 
 
 
 

 

磁体电源

新的牛津仪器Mercury IPS磁体电源基于我们已有电源技术的成功,对用户界面进行了改进并增加了模块化设计。具有触摸屏界面的60 A主机与一个或多个60 A从属单元组合,为2轴和3轴矢量磁铁提供更高的电流和多个输出。 通过USB,TCP / IP,GPIB和串行端口实现持续模式控制,失超保护和远程控制这些内置功能。

 

 

该图显示了5 T扫场、场稳定以及扫回零场过程中集成磁体的加热和冷却状态(扫描速率0.31 T/min)。 扫场期间内显示出混合室的局部涡流加热效应,随时间恢复至基本温度约1小时。制冷功率20 mK时制冷功率为3 μW。

光学窗口

光学窗口

Triton已经开发了广泛的标准和定制窗口配置,用于探测器应用。

可选择具有适当应力消除装置的冷暖窗玻璃材料以应对遇冷收缩情况,包括Spectrosil B,Spectrosil WF,蓝宝石,石英,聚丙烯和聚酯薄膜。

远程控制访问软件

远程控制访问软件

Triton无液氦稀释制冷机通过软件进行控制,提供完全自动化的系统控制以及可编程温度、磁场控制。

系统自动化:

  • 全自动的降温/升温流程控制
  • 全自动的预冷和混合气回收
  • 样品更换助理辅助顶部或底部样品加载过程
  • 完全集成磁场控制软件,使得磁场的控制更便利,包括两维或三维矢量磁体控制(可以使用直角坐标、圆柱坐标或者球坐标设定)

实验控制:

  • 可编程温度和磁场控制序列
  • 可使用LabVIEW编程,并包含编程实例
  • 集成稀释制冷机/超导磁体控制以及实验数据采取

内置安全功能:

  • 可连续监控所有的压力数据
  • 必要情况下,系统可以自动进入安全状态
  • 软件自动干预- 在停电情况下,保护稀释制冷机混合气
  • 不间断电源UPS选项 – 在断电情况下自动通过邮件报警
  • 磁场扫描过程可监控磁体温度,高温控制和样品加载
  • 在电源切断、脉冲管制冷机停机或二级冷盘热量过载的情况下,磁体自动降场

用户支持:

  • 详细的远程接口编程手册
  •  远程系统可以使牛津仪器服务工程师远程提供诊断和帮助
  • 可从牛津仪器网站下载免费软件进行升级
  • 所有系统参数在工厂均有备份

Triton命令行接口:

  • 跨平台的远程脚本接口
  • 标准网络接口(TCP/IP)
  • 可利用TCP接口适配多种编程语言,包括LabVIEW / Matlab / Python / C / C++ / C# / Visual Basic / HP VEE等
  • 监控自动控制流程和系统参数
  • 可定义的安全访问级别(read only/read-write)

配置和可选系统升级

UPS

我们的 ups 选项与Triton控制软件集成, 确保系统日志记录和安全功能得到维护, 并发送电子邮件通知。短暂的电源跳动也会导致整个系统恢复。持续的停电会导致系统处于 "安全模式", 从而在恢复电源时简化了恢复过程。所有配或不配 ups 的系统都可以使用机械减压阀以防止压力集结, 使He3/He4 混合物回收,无需任何软件或人工干预。

 

 

 

加热器

通过加热器10mK到300 K升温过程仅需要4个小时。如果安装了磁体,并且在真空室通入氮气交换气,预热时间是12-15小时。这些高功率加热器连同必要的保护电路(热开关),安装在四个实验冷盘上,用水银温度控制器控制。除了大大缩短预热时间外,它还使整个过程自动化,同时也避免了在样品上产生冷凝的液氮。

Triton布线配置

无液氦稀释制冷机相比于“湿”系统,优势之一在于具有更多的操作空间可供客户布线。Triton提供3组直通孔, 用于高频同轴电缆或其他定制服务,以及3组非直通孔, 使您可以使用各种灵活的接线方式。

 

非直通孔绕线服务

  • 24 路DC排线 – 康铜 或 铜/铌钛 双绞线
  • S1 柔性同轴线缆 – 适合最高 500 MHz 信号传输
  • PT1、PT2、蒸馏室、100 mK 和混合室等各级冷盘均有绕线热沉设计
  • 超导磁体供电接口
  • 灵活绕线,可兼容各种第三方纳米位移平台
  • 定制服务和光缆可选

直通孔绕线服务

Triton 中包含了三个直通孔,可供高频同轴线缆或其他线路使用。 直通孔可以配置为两个 KF40 和一个 KF50 真空接口, 完全可以满足高频信号的传输及用户其他需求。除此之外,Triton 还提供了一个 65 mm 的中央 LOS 通路,可供顶部换样使用。

  • UT85 半刚性同轴电缆
  • 不锈钢内层/不锈钢外层导体 (UT85 SS SS),PTFE 绝缘层
  • 铍铜内层/不锈钢外层导体 (UT85 B SS),PTFE 绝缘层
  • 铌内层/铌外层导体 (UT85 Nb Nb) 从 蒸馏室冷盘至混合室冷盘,PTFE 绝缘层
  • PT1、PT2、蒸馏室、100 mK 和混合室等各级冷盘均有绕线热沉设计
  • SMA 接口最高至 18 GHz
  • SK 接口最高至 40 GHz
  • PT1, PT2 和蒸馏室冷盘可设置 20、10、6 dB 衰减器
  • 噪声温度传感器选项
  • 定制服务和光缆可选

在低温下弱声子 - 电子相互作用使会许多应用中的电子系统降温成为问题。 用于信号控制的快速脉冲序列在现代物理学的许多领域中是极其必要的,并且需要相应的高带宽布线。 当在GHz频率范围工作时,重要的是在到达样品之前对线路中的背景黑体辐射进行滤波。 在与许多客户合作中,我们开发了广泛的具有信号衰减和散热功能的高频布线选项,以最大限度地减少样品或器件上的电子温度。

  • 频率范围高达40 GHz的半刚性同轴电缆
  • 所有冷盘上的外导体散热
  • 内部导体散热和黑体辐射过滤

技术支持和服务

本地技术支持

在中国,牛津仪器有一个专业、合格并且具有丰富经验的服务团队,从安装安装,预防性维护,故障修复到咨询全程提供支持。你也可以直接通过我们牛津工厂的磁体和低温工程师得到技术支持。

当您需要服务时

Triton将提供给您3年保修服务,覆盖整个系统。为了您的规划和便利,我们将提供以下服务选择:

综合服务合同:

由牛津仪器维修工程师现场进行预防性维修,为综合服务合同的客户优先提供预留在服务库存中的维修备件,以及延长系统保修期(如果Triton担保期已过)。

预防性维护合同:

由牛津仪器服务工程师现场进行预防性维护。我们将为所有泵和压缩机提供服务,更新软件/固件,并对系统进行全面的健康检查。

预防性维护服务套件:

个别工厂服务的交换泵和压缩机吸附器可在必要的时候购买。这些服务套件需由客户根据牛津仪器提供的操作说明自行安装。

延长保修期:

涵盖您超过标准3年Triton担保期的系统。

Triton服务手册,可以在这里下载。

下载更多资料

Publications

Integration of superconducting magnets with cryogen free dilution refrigerator systems
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A micro Kelvin Cryofree platform with noise thermometry
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A rapid sample-exchange mechanism for cryogen free dilution refrigerators compatible with multiple high frequency signal connections
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A new ultra low temperature cryogen free experimental platform
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已发表文章

Here you can find some recent news related to Triton:

See how Microsoft and Charlie Marcus lab are shaping the future of quantum computers with the use of an Oxford Instruments dilution refrigerator: http://www.information-management.com/blogs/Quantum-Computers-Big-Data-10027000-1.html

IBM scientists achieve critical steps to building first practical quantum computer: http://www.quantumcomputingtechnologyaustralia.com/

Subatomic science highlights Raytheon's futuristic research: http://www.raytheon.com/news/feature/rtn14_subatomic_science.html

Oxford Quantum, Quantum computers as learning machines: http://oxfordquantum.org/stories