A new 60 Tesla pulsed field system

Abstract

Pulsfeld Systeme können sehr hohe Magnetfelder (bis zu 100 T) erzeugen, die Pulsdauer liegt jedoch typischerweise im Millisekunden-Bereich. Derartig hohe Magnetfelder sind für die Grundlagenforschung im Hinblick auf die Untersuchung der Eigenschaften von Materialien (Halbleiter, magnetische Werkstoffe, Supraleiter etc.) sehr wertvoll. Die Aufgabenstellung dieser Diplomarbeit lag darin, ein Magnetisierungsmesssystem für Experimente zwischen 4.2 K und Raumtemperatur in einem 60T Magnet an einer 8 kV Kondensatorbatterie am Institut für Festkörperphysik der TU Wien zu errichten. Der Großteil dieser Arbeit wurde für die Konstruktion eines koaxiales Pickup Systems und dessen Tests aufgewendet. Weiters wurde ein N/2-N-N/2 Pickup System, das im Rahmen einer vorbereitenden Projektarbeit gebaut wurde, ebenfalls getestet und mit dem koaxialen System verglichen. Dabei wurden zuerst beide Systeme kalibriert und anschließend wurde die Abhängigkeit der Null-Signale (Signal ohne Probe) in Bezug auf die Feldstärke und die Temperatur untersucht. Darüber hinaus wurde die Empfindlichkeit der Systeme durch die Messung der diamagnetischen Suszeptibilität von Bismut demonstriert. In diesem Zusammenhang zeigt die Magnetisierungsmessung von Gadolinium(III)sulfat-Octahydrat eine gute Übereinstimmung mit dem Vergleichswert aus der Literatur.<br />Im Übrigen eignet sich das System auch für die Messung des Anisotropiefeldes, das abschließend an acht substituierten M-Typ Hexaferriten als Funktion der Temperatur bestimmt wurde. Aufgrund eines Temperaturlecks im Helium Kryostat der neuen Anlage sind diese Messungen am bestehenden Magnetisierungsmessstand der 2.5 kV Anlage durchgeführt worden.<br />

Pulsed field systems are able to generate very high magnetic fields (up to 100 T) and the pulse duration is typically between 1 and 100 ms. These high magnetic fields are necessary for fundamental research in materials science (semi-conductors, magnetic materials, superconducting materials etc). The task of this diploma thesis was to design and construct a magnetization measuring setup for low temperature measurements using a 60T magnet connected with the 8 kV condenser battery at the Institute of Solid State Physics at the Vienna University of Technology. The main part of the work was to construct and to test a coaxial pickup system. In addition a N/2-N-N/2 pickup system, which had been made in a preceding project work, was also tested and compared to the coaxial system. For the characterization of both systems the zero signal (signal without sample) was investigated with respect to magnetic field and temperature. Afterwards the sensitivity of the systems was demonstrated by measuring diamagnetism of bismuth. In this context the magnetization measurement on gadolinium (III) sufate octahydrate is in good agreement with the reference value in literature.<br />Furthermore it emerged that the system is capable of performing anisotropy field measurements. Finally the anisotropy field of eight substituted M - type hexaferrites was determined as a function of temperature. Due to a heat leak in the helium cryostat of the new system these measurements were done at the established magnetization measuring setup of the 2.5 kV machine.<br />