Инклинатор Российский патент 2020 года по МПК G01N33/02 

Изобретение относится к устройствам для определения направления вектора магнитной индукции и предназначено для применения при сверхнизких температурах.

Развитие сверхпроводящей электроники и устройств, использующих материалы с топологически защищенными свойствами, привело к созданию работающих в магнитных полях приборов, характеристики которых меняются при изменении направления вектора индукции магнитного поля. При этом инклинаторы, то есть указатели направления вектора индукции магнитного поля, стабильно работающие при температурах ниже 4,2 К, практически отсутствуют.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из одного или нескольких чувствительных элементов, выполненных из монокристалла Co₃Sn₂S₂, и металлических контактов, нанесенных на противоположные стороны чувствительных элементов, причем при исполнении устройства в одноэлементном виде на Co₃Sn₂S₂ наносится два контакта [S.N. Guin, P. Vir, Y. Zhang, N. Kumar, S. J. Watzman, C. Fu, E. Liu, K. Manna, W. Schnelle, J. Gooth, C. Shekhar, Y. Sun, C. Felser. Zero-Field Nernst Effect in a Ferromagnetic Kagome-Lattice Weyl-Semimetal Co₃Sn₂S₂. Adv. Mater. 2019, 31, 1806622] - прототип. Это устройство, по существу, представляет собой термоэлектрический преобразователь в геометрии Нернста, работоспособность которого продемонстрирована при низких, вплоть до 2 К, температурах. За счет свойств магнитного полуметалла Вейля Co₃Sn₂S₂, обладающего аномальным эффектом Нернста, такой преобразователь может работать как при приложении магнитного поля параллельно кристаллографической оси <0001> Co₃Sn₂S₂, так и в его отсутствии. Основным недостатком устройства-прототипа является то, что при повороте вектора индукции магнитного поля абсолютная величина напряжения на контактах не меняется, только при повороте вектора на >90 градусов меняется полярность термоЭДС. В ряде применений это делает невозможным определение реального направления вектора магнитной индукции.

Задача предлагаемого изобретения - создание инклинатора, позволяющего надежно определять направление вектора магнитной индукции при температурах ≤4,2 К.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, состоящем из чувствительного элемента, выполненного из монокристалла Co₃Sn₂S₂, и металлических контактов, имеется четыре контакта, причем три контакта нанесено на одну сторону чувствительного элемента, а один контакт - на противоположную, что позволяет использовать эффект Зеебека для определения вектора магнитной индукции.

Пример исполнения устройства и схема его включения в электрическую цепь показаны на Фиг. 1, где 1 - чувствительный элемент из монокристалла Co₃Sn₂S₂, 2-5 - металлические контакты, 6 - источник электрического тока, 7 - устройство для измерения напряжения.

Типичные размеры устройства: чувствительный элемент 200×100×50 мкм, контакты шириной 10 мкм и толщиной 0,1 мкм. Предпочтительным материалом контактов является золото.

Такая конструкция устройства позволяет подавать на два контакта переменный электрический ток, как показано на Фиг. 1, а на других двух контактах измерять компоненту напряжения, соответствующую второй гармонике (V_2ω). Величина V_2ω зависит как от величины индукции магнитного поля, так и от направления вектора индукции магнитного поля, что обусловлено особенностями свойств монокристаллического Co₃Sn₂S₂, в котором возможно одновременное проявление эффекта Зеебека и аномального эффекта Холла. На графике Фиг. 2, где В - индукция магнитного поля, показан пример такой зависимости в диапазоне -4≤В≤+4 Тл.

Устройство работает следующим образом. Чувствительный элемент помещается в магнитное поле так, что вектор индукции параллелен кристаллографической оси <0001> Co₃Sn₂S₂. Направление вектора принимается за начальное и положительное. На контакты 2 и 3 подается переменный электрический ток (1-5 мА). При помощи устройства для измерения напряжения снимается градуировочная зависимость второй гармоники напряжения от величины индукции магнитного поля V_2ω=f(B). На Фиг. 3 показан пример такой зависимости для диапазона 0≤В≤+4 Тл. Затем снимаются градуировочные зависимости при заданных углах поворота вектора индукции магнитного поля относительно начального положения. На графике Фиг. 4 показан пример зависимости V_2ω=f(B) при повороте вектора на 180 градусов, в диапазоне -4≤В≤0 Тл. После построения градуировочных кривых приступают к измерениям, сравнивая полученные при этом зависимости V_2ω=f(B) с градуировочными для определения направления вектора индукции магнитного поля.

Экспериментальная проверка работоспособности устройства при сверхнизких температурах показала, что его характеристики остаются стабильными в диапазоне 1,4-4,2 К. При этом устройство является компактным и простым в эксплуатации.

Предложенное изобретение относится к средствам для определения направления вектора магнитной индукции и предназначено для применения при сверхнизких температурах. Инклинатор для указания направления вектора индукции магнитного поля состоит из чувствительного элемента, выполненного из монокристалла Co₃Sn₂S₂, и четырех металлических контактов, из которых три контакта нанесено на одну сторону чувствительного элемента, а один контакт - на противоположную. Данное устройство обеспечивает технический результат, заключающийся в обеспечении возможности работы в диапазоне температур 1,4-4,2 К. 4 ил.

Инклинатор для указания направления вектора индукции магнитного поля, состоящий из чувствительного элемента, выполненного из монокристалла Co₃Sn₂S₂, и металлических контактов, отличающийся тем, что контактов имеется четыре, причем три контакта нанесено на одну сторону чувствительного элемента, а один контакт - на противоположную.