低温设备的制作方法

本公开涉及低温设备、控制低温设备的方法和用于低温设备的控制器。更具体地，本公开涉及一种绝热去磁设备，其在扩展的温度范围(例如从室温到亚开尔文或毫开尔文范围内的超低温)内提供连续的温度控制。

背景技术：

1、低温恒温器通常用于维持安装在低温恒温器内的样品的低温。低温可以通过使用例如低温流体浴(诸如液氦)来实现。然而，诸如液氦的冷却介质由于低温恒温器中的外部和/或内部热输入而连续地蒸发，并且因此需要定期地再填充。这需要相当多的时间和资源，由此这种低温恒温器的操作成本较高。

2、为了克服上述缺点，已经开发了无致冷剂的低温恒温器。无致冷剂的低温恒温器可以采用无致冷剂的闭合循环系统，诸如脉冲管制冷器。现代脉冲管制冷器可以实现低至1.2k的温度。为了达到亚开尔文(kelvin)温度，除了无致冷剂的闭合循环系统之外，还可以使用磁冷却级。磁冷却级可以是绝热去磁制冷机(adr)，其可以实现低至几毫开尔文的温度。adr基于磁热效应。当介质被磁化时，其磁矩对齐并且释放磁化热。反之，如果介质被去磁，则其温度下降。

3、常规的adr系统以单发模式操作。这意味着低温仅能实现短时间，而不能稳定地维持较长时间。然而，在许多应用中，认为以稳定的方式长时间维持低温例如在亚开尔文范围内是有益的。此外，在一些应用中，需要连续改变样品温度，例如从室温改变到亚开尔文范围内的超低温。然而，在如此大的范围内无缝地控制温度斜坡是具有挑战性的，尤其是由于adr技术在某些温度极限以上的操作限制。

4、鉴于上述内容，克服本领域中的至少一些问题的新的低温设备、控制低温设备的方法和用于低温设备的控制器是有益的。

技术实现思路

1、鉴于上述内容，提供了低温设备、控制低温设备的方法、机器可读介质和用于低温设备的控制器。

2、本公开的目的是提供低温设备、控制低温设备的方法、机器可读介质和用于低温设备的控制器，其提供了对大范围(特别是从室温到亚开尔文范围内的超低温)内的温度斜坡的无缝控制。根据权利要求、说明书和附图，本公开的另外的方面、益处和特征是显而易见的。

3、根据本公开的独立方面，提供了一种低温设备，诸如绝热去磁设备。该低温设备包括：至少一个第一温度改变机构，其可连接或连接到样品台并且被配置为改变样品台处(或样品台)的温度；至少一个第二温度改变机构，其不同于至少一个第一温度改变机构，其中，至少一个第二温度改变机构可连接或连接到样品台并且被配置为改变样品台处(或样品台)的温度；以及控制器。

4、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，控制器被配置为：在第一温度范围内操作至少一个第一温度改变机构；在不同于第一温度范围的第二温度范围内操作至少一个第二温度改变机构；以及在第一温度范围与第二温度范围之间的第三温度范围内操作至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构两者。

5、至少一个第一温度改变机构在第二温度范围内不操作以改变样品台处的温度。类似地，至少一个第二温度改变机构在第一温度范围内不操作以改变样品台处的温度。在第三温度范围内，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构被操作(特别是同时地)以改变样品台处的温度。

6、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，控制器被配置为在第一温度范围的至少一部分期间操作或准备至少一个第二温度改变机构以用于温度改变操作。例如，至少一个第二温度改变机构可以在待机模式和/或准备模式下在第一温度范围的至少一部分(与第三温度范围相邻或毗邻)中操作。

7、另外或替代地，控制器可以被配置为在第二温度范围的至少一部分期间操作或准备至少一个第一温度改变机构以用于温度改变操作。例如，至少一个第一温度改变机构可以在待机模式和/或准备模式下在第二温度范围的至少一部分(与第三温度范围相邻或毗邻)中操作。

8、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构选自包括(或由其构成)主动加热机构、被动加热机构、主动冷却机构、被动冷却机构及其组合(例如，加热和冷却机构)的组。

9、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构是加热机构。例如，至少一个第一温度改变机构可以是电阻加热器。

10、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第二温度改变机构是加热和冷却机构。例如，至少一个第二温度改变机构可以包括或可以是被配置为用于磁冷却和磁加热的绝热去磁制冷机(adr)。

11、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构具有不同的功能类型。

12、例如，至少一个第一温度改变机构可以包括至少一个加热器，例如至少一个电阻加热器。另外或替代地，至少一个第二温度改变机构可以包括至少一个adr级。

13、优选地，至少一个第二温度改变机构包括一个或多个单级adr。

14、替代地，至少一个第二温度改变机构包括一个或多个多级adr。优选地，各个多级adr的级例如通过热控开关可串联连接。

15、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构具有相同的功能类型。

16、例如，至少一个第一温度改变机构可以具有至少一个第一操作特性，并且至少一个第二温度改变机构可以具有不同于至少一个第一操作特性的至少一个第二操作特性。

17、优选地，至少一个第一温度改变机构包括具有至少一个第一操作特性的至少一个第一加热器，特别是至少一个第一电阻加热器，并且至少一个第二温度改变机构包括具有至少一个第二操作特性的至少一个第二加热器，特别是至少一个第二电阻加热器。

18、优选地，至少一个第一操作特性和至少一个第二操作特性选自包括(或由其构成)加热功率、最大加热功率、温度改变机构的操作极限、温度改变机构的尺寸、样品台的热输入特性及其组合的组。

19、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，低温设备还包括可连接到样品台的储热器。

20、优选地，储热器被配置为充当散热器。

21、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，储热器是被动冷却单元，诸如被动预冷却单元或浴槽。

22、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，储热器由闭合循环制冷器(例如，脉冲管制冷机)和/或adr系统和/或液氦浴槽和/或斯特林(stirling)制冷器和/或吉福德-麦克马洪(gifford-mcmahon)(gm)制冷器和/或稀释制冷机和/或焦耳汤普森(joule thompson)冷却器和/或he-4流低温恒温器和/或he-3流低温恒温器提供。然而，本公开不限于此，并且可以使用提供储热器的其他技术。

23、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，低温设备包括至少一个热开关。

24、优选地，至少一个热开关包括至少一个第一热开关，其被配置为断开和闭合储热器与样品台之间的热连接。在示例性实施例中，至少一个第一热开关还可以被配置为断开和闭合储热器与至少一个第一温度改变机构和/或至少一个第二温度改变机构之间的热连接。

25、另外或替代地，至少一个热开关包括至少一个第二热开关，其被配置为断开和闭合储热器与至少一个第一温度改变机构之间的热连接。

26、另外或替代地，至少一个热开关包括至少一个第三热开关，其被配置为断开和闭合储热器与至少一个第二温度改变机构之间的热连接。

27、另外或替代地，至少一个热开关包括至少一个第四热开关，其被配置为断开和闭合包括在至少一个第二温度改变机构中的两个或更多个装置之间的至少一个热连接，特别地其中，两个或更多个装置是adr级。

28、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，至少一个热开关、特别是至少一个第一热开关是可控制的以提供可变的热阻抗。

29、根据可与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，控制器被配置为操作至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构以使样品台处的温度在第一温度与第二温度之间渐变。

30、优选地，第一温度为10k或更高(或100k或更高或200k或更高或300k或更高)，并且第二温度为4k或更低(或1k或更低)。

31、根据本公开的另外独立方面，提供了一种低温恒温器，其包括本公开的实施例的低温设备。

32、根据本公开的另外独立方面，提供了一种控制低温设备的方法。该方法包括：在第一温度范围内，仅操作连接到样品台的至少一个第一温度改变机构以改变样品台处的温度；在不同于第一温度范围的第二温度范围内，仅操作连接到样品台的至少一个第二温度改变机构以改变样品台处的温度，其中，至少一个第二温度改变机构不同于至少一个第一温度改变机构；以及在第一温度范围与第二温度范围之间的第三温度范围内，操作至少一个第一温度改变机构和至少一个第二温度改变机构两者以改变样品台处的温度。

33、根据本文所述的实施例，该方法可通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相关的控制器来执行，其可具有cpu、存储器、用户界面以及与低温设备的对应部件通信的输入和输出装置。

34、根据本公开的独立方面，提供了一种机器可读介质(例如，存储器)。机器可读介质包括指令，其可由一个或多个处理器执行以实施本公开的控制低温设备的方法的实施例。

35、(例如，非暂时性)机器可读介质可以包括例如光学介质(诸如cd-rom和数字视频盘(dvd))和半导体存储装置(诸如电可编程只读存储器(eprom)和电可擦可编程只读存储器(eeprom))。机器可读介质可以用于有形地保持被组织成一个或多个模块并以任何期望的计算机编程语言编写的计算机程序指令或代码。当由例如一个或多个处理器执行时，这种计算机程序代码可以实施本文所述的一个或多个方法。

36、根据本公开的独立方面，提供了一种控制器。该控制器包括：一个或多个处理器；和存储器，其联接到一个或多个处理器并且包括指令，指令可由一个或多个处理器执行以实施本公开的控制低温设备的方法的实施例。

37、根据本公开的独立方面，提供了一种低温设备，诸如绝热去磁设备。低温设备包括控制器。

38、实施例还涉及用于执行所公开的方法的设备，并且包括用于执行各个所述方法方面的设备部分。这些方法方面可以通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、两者的任意组合或以任何其他方式来执行。此外，根据本公开的实施例还涉及用于操作所述设备的方法。这些方法包括用于执行设备的每个功能的方法方面。