Vektor-Magnete

Neben den Solenoiden werden auch Magnetsysteme mit 2- und 3-dimensionalen Feldkonfigurationen angeboten. Diese "Vektormagnete" gestatten es, den magnetischen Feldvektor über einen kompletten Kreis (2D) oder eine komplette Kugel (3D) zu drehen. Die maximale Feldstärke über den gesamten möglichen Winkelbereich beträgt derzeit mehr als 2 T für 3D-Magnete, für 2D-Magnete liegt sie wesentlich höher. Die Vektormagnete werden mit einem PC und einer Software geliefert, die neben der Steuerung der Magnet-Netzteile auch die graphische Darstellung des Feldvektors (in karthesischen oder polaren Koordinaten) übernimmt.

Die typische Homogenität der beschriebenen supraleitenden Magnete beträgt ca. 1 % über ein sphärisches Volumen von 10 mm. Je nach Anwendung und Geometrie sind auch deutlich höhere Homogenitäten möglich. 

Die supraleitenden Magnete können mit einem supraleitenden Schalter für den "persistent" Modus ausgestattet werden, bei dem der Magnet durch Kurzschließen der Anschlüsse ohne Verbindung zum Netzteil läuft. Diese Betriebsart kann bei empfindlichen Messungen vorteilhaft sein. Die zeitliche Feldstabilität im "persistent" Modus liegt typischerweise bei etwa 10-7 pro Stunde. Die Stromzuführungen der Magnete, die neben dieser Funktion ja auch den Übergang von der niedrigen Betriebstemperatur zur Raumtemperatur gewährleisten müssen, basieren wesentlich auf der langjährigen Erfahrung von Cryogenic Ltd. und ermöglichen einen verlustarmen und reibungslosen Betrieb unter allen Betriebsbedingungen.

Supraleitende Vektormagnetsysteme ermöglichen die präzise Ausrichtung des Magnetfeldes in Bezug auf die zu untersuchende Probe. Dies ist für Experimente wichtig, bei denen die Proben nicht mechanisch bewegt werden können.

In vielen Bereichen der Forschung ist nicht nur die Größe des Magnetfeldes wichtig, sondern auch seine Richtung relativ zur untersuchten Probe.

Ein übliches Mittel, um diese relative Variation der Feldrichtung zu erreichen, ist die physikalische Drehung der Probe in Bezug auf einen festen Feldvektor. Eine solche mechanische Rotation/Bewegung leidet jedoch unvermeidlich unter verschiedenen Problemen. Rotationsmechanismen können komplex sein, insbesondere wenn eine Rotation in alle Richtungen erforderlich ist. Gleichzeitig steht im Inneren des VTI nur wenig Platz für den Mechanismus zur Verfügung. Häufig wird eine kontinuierliche Drehung der Probe durch elektrische Verbindungen sehr erschwert. Schließlich kann Reibung in der Mechanik bei den extrem niedrigen Temperaturen eine störende Erwärmung der Probe und ihrer Umgebung verursachen.

Eine Lösung für die Probleme der mechanischen Probenrotation ist die Verwendung eines drehbaren Magnetfeldvektors. Der Feldvektor wird durch eine Kombination von zwei oder drei separaten Magneten mit orthogonalen Feldrichtungen erzeugt. Die Magnete werden über separate Stromversorgungen erregt und sind damit unabhängig voneinander einstellbar. Eine kundenspezifischen Software ermöglicht die gleichmäßige und kontinuierliche Rotation des aus der Überlagerung der Einzelfelder resultierenden Vektorfeldes.

Der Hauptvorteil der Vektor-Magnettechnologie besteht damit darin, dass der Anwender die Feldrichtung relativ zur Probe beliebig einstellen kann, unabhängig davon, wie die Probe aussieht und wie komplex die Verbindungen zur Probe sind. Damit sind Störungen der Messungen durch Änderungen der relativen Feldrichtung weitestgehend ausgeschlossen.

Magnetfelder von bis zu 14 T für die azimutale Hauptachse und bis zu 5 T auf orthogonalen Achsen sind mit cryogen-free- oder LHe-Systemen mögich.

Es gibt zwei Konfigurationen von Vektorfeldern: