双温区立式高温高压炉

众所周知，优质单晶样品是研究材料物理性质的重要条件之一，光学浮区法单晶生长技术因具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，还有利于缩短晶体的研究周期加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长，是目前比较公认的获得优质单晶样品的手段之一，现已被广泛应用于各种超导材料、介电、光学、半导体和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。但浮区法单晶技术对于生长高熔点、易挥发性材料非常棘手，德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉成功地克服了这一技术难题。HKZ可提供高达3000℃以上的生长温度，晶体生长腔有多种压力规格可供选择，压力可高达300bar。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶生长技术的设计理念，采用垂直式光路设计方案，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区炉具有以下技术特色：能够同时实现高压300bar大气压（选配）和高温3000℃（选配）环境；能够分别独立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速定量混合反应；在保持灯泡输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温，从而能够有效延长灯泡使用寿命；拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括专利熔区红外测温选件、10-5mbar量级真空度的高级真空选件、实现氧含量达10-12PPM级的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件。德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区炉设备外观示意图近期，QuantumDesign中国售服团队和德国ScIDre制造商工程师协同工作，相继完成了北京航空航天大学、松山湖新材料实验室及北京师范大学等用户单位的HKZ设备的安装工作，我们期待德国ScIDre公司的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉能在用户的实验室做出优秀的学术成果！用户简介：北京航空航天大学北京航空航天大学（下文简称：北航）是新中国第一所航空航天高等学府，现隶属于工业和信息化部。学校所在地北京，分为学院路校区、沙河校区（本次HKZ设备安装地点）。建校以来，北航一直是国家重点建设的高校，是全国第一批16所重点高校之一，也是80年代恢复学位制度后全国第一批设立研究生院的22所高校之一，首批进入“211工程”，2001年进入“985工程”，2017年入选国家“双一流”建设高校名单。自2004年以来获得15项国家级科技奖励一等奖、3项国家自然科学二等奖，创造了一所大学连续获国家高等级科技奖的纪录，被社会誉为科技创新的“北航模式”。用户赵侃老师研究方向：强关联量子磁性物质、拓扑磁性物态主要学术成果：1)阻挫磁性：针对以自旋冰为代表阻挫磁性绝缘体中磁交换相互作用强度偏弱的问题，首次在阻挫合金HoAgGe中实现Kagome自旋冰态。2)关联磁性：克服(Ga,Mn)As体系自旋电荷“捆绑”掺杂的局限性，开发自旋和电荷分离注入机制的新型稀磁半导体(Ba,K)(Zn,Mn)2As2。3)铁基超导：针对CaFe2As2塌缩四方相物理本质的争议，澄清相变驱动力为磁性的消失，层间As-As键仅为相变附带产物。4)拓扑物态：确认狄拉克半金属材料BaZnBi2和EuMnSb2，并首次在非共线反铁磁Mn3Ni1&minus xCuxN中实现不依赖于磁矩的拓扑反常霍尔效应(AHE)。（北京航空航天大学安装图片）北京师范大学北京师范大学是教育部直属重点大学，由北京校区（本次HKZ设备安装地点）、珠海校区两个校区（含四个校园）组成，是一所以教师教育、教育科学和文理基础学科为主要特色的著名学府，是中国历史上第一所师范大学。“七五”“八五”期间，北京师范大学被确定为国家首批重点建设的十所大学之一；“九五”期间，被首批列入“211工程”建设计划；“十五”期间，学校进入国家“985工程”建设计划。2017年，学校进入国家“世界一流大学”建设A类名单，11个学科进入国家“世界一流学科”建设名单。2022年，学校12个学科入选第二轮“双一流”建设学科，入选学科数量位居全国高校前列。用户谈国太老师、鲁兴业老师研究方向：关联电子材料的散射谱学主要研究内容：样品生长和表征结合多种实验和表征手段以全面研究新奇关联电子材料的结构、有序相和动力学采用输运、中子散射和共振非弹性X射线散射研究关联电子材料中的量子态/演生序及其相关涨落关注的材料主要包括：铁基和铜氧化物高温超导体、5d过渡族金属氧化物（如铱氧化物）、低维量子磁体、量子自旋液体等等（北京师范大学安装照片）松山湖材料实验室松山湖材料实验室（以下简称“实验室”）坐落于粤港澳大湾区重要节点城市东莞，于2017年12月22日启动建设，2018年4月完成注册，是广东省第一批省实验室之一，布局有前沿科学研究、公共技术平台和大科学装置、创新样板工厂、粤港澳交叉科学中心四大核心板块，探索形成“前沿基础研究→应用基础研究→产业技术研究→产业转化”的全链条创新模式，定位于成为有国际影响力的新材料研发南方基地、国家物质科学研究的重要组成部分、粤港澳交叉开放的新窗口。用户郭汉杰老师研究方向：强关联物理与量子磁性材料相关领域主要研究专长：光学浮区法晶体生长晶体结构及XRD精修磁结构分析中子/X射线散射及μSR（松山湖材料实验室照片）

锂离子电池由于具有能量密度高、寿命长、充电快、安全可靠、绿色环保等诸多优异性能，与当今人民的日常生活已密不可分，在手机、电脑、电动车、电动汽车、航空航天等领域均有广泛的应用。 其中，Li2FeSiO4作为新一代锂离子电池阴材料，由于具有价格低廉、环境友好、安全性好等优势，在大型动力锂离子电池应用方面具有良好的前景。然而，Li2FeSiO4材料在不同温度具有不同的结构相（∼ 400 °C :Pmn21, , ∼ 700 °C ：P121/n1, and ∼ 900 °C :Pmnb），因此，研究其不同结构的电化学性质对于进一步对其进行改性研究尤为重要。 Waldemar Hergetta等人[1]采用高压光学浮区法获得了高温相（Pmnb）Li2FeSiO4单晶，并研究了晶体生长工艺参数对杂相的影响，相关结果已发表在Journal of Crystal Growth。作者所采用的高压光学浮区炉为德国SciDre公司的HKZ高压光学浮区法单晶炉。温度梯度分布[1]XRD图谱及晶体实物图片[1] 德国SciDre公司推出的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉高可实现3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，可实现10-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉外观图参考文献：[1]. Waldemar Hergett, Christoph Neef, Hans-Peter Meyer, Rüdiger Klingeler, Challenges in the crystal growth of Li2FeSiO4, Journal of Crystal Growth, Volume 556, 2021, 125995,ISSN 0022-0248, https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125995.

近期，德国Scientific Instruments Dresden GmbH（下文简称：ScIDre）公司生产的HKZ系列高温高压光学浮区炉在中国电子科技集团公司第九研究所顺利完成安装调试。图1：德国ScIDre制造商工程师安装现场图片图2：设备运行、调试现场图片 光学浮区法单晶生长工艺具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，有利于缩短晶体的研究周期并加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长研究，是目前比较公认的获得优质单晶样品的手段之一，现已被广泛应用于各种超导材料、介电和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。 目前，高熔点、易挥发性材料是浮区法单晶生长领域的技术难点之一。针对于此，德国ScIDre公司研发推出了HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉，设备可提供高达3000℃以上的生长温度，同时晶体生长腔可实现高达300bar的压力，可通过高压手段达到抑制挥发的作用。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶炉的生长工艺条件，拓宽了光学浮区技术的应用场景，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。 图3：德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉技术特色：☛ 采用垂直式光路设计方案，加热更均匀☛ 可同时实现压力高达300bar（选配）和温度高达3000℃（选配）；☛ 能够独立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速、定量混合供气；☛ 在保持氙灯输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温；☛ 能够针对不同温度需求采用不同功率的氙灯，从而对灯泡进行有效利用，充分发挥灯泡使用效率和寿命；☛ 拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括专利熔区红外测温选件、1×10-5mbar的高真空选件、实现氧含量达10-12PPM的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件等。 图4：高温高压光学浮区法单晶炉光路原理示意图 中国电子科技集团公司第九研究所（西南应用磁学研究所），主要从事磁性功能材料方向的研发、生产和基础研究，是我国磁学领域重要的综合性应用磁学研究机构之一。Quantum Design中国非常荣幸将德国ScIDre公司生产的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉安装于中国电子科技集团公司第九研究所，该系统将为用户单位在磁性功能材料及其他新材料探索等诸领域的科研工作提供相关单晶样品制备支持！