[發明專利]一種多維矢量場磁體結構

在審

• 申請號: 202010419215.2
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111477424A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 杜卓越;梁羽;吳巍;梅恩銘;陳玉泉;楊通軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉美麗

本發明涉及一種多維矢量磁體結構，該結構包括第一線圈、第二線圈和/或第三線圈；第一線圈采用一層或多層CCT二極線圈，單層CCT線圈在磁體孔徑區域產生一個同時具有X方向和Z方向分量的矢量磁場；第二線圈采用一層或多層CCT二極線圈，單層CCT線圈在磁體孔徑區域產生一個同時具有Y方向和Z方向分量的矢量磁場；第三線圈采用一個或多個常規線圈，單個常規線圈在磁體孔徑區域產生一個沿Z軸分布的矢量磁場；其中，Z軸假定為CCT二極線圈的中心軸方向，X軸和Y軸分別為第一線圈、第二線圈CCT對應的極頭方向。

技術領域

本發明涉及一種新型超導磁體結構，特別是關于一種基于斜螺線管型(Canted-Cosin-Theta，簡稱CCT)的多維矢量場磁體結構。

背景技術

矢量磁體在科學研究中有著重要應用，利用磁場技術可有效促進物理、生物、材料等學科的發展，矢量磁體能為其提供良好的實驗條件。利用二維或三維矢量磁體能夠進行定位研究，為更多復雜實驗提供了可能性，例如研究材料的各向異性、霍爾效應、單電子隧道效應等。對于空間需要任意方向磁場來進行的實驗研究，實現方式有兩種：固定磁場方向+樣品旋轉，固定樣品+磁場方向旋轉。矢量場磁體是能產生旋轉磁場的一種磁體，不需要機械結構旋轉樣品，而是調節磁場大小以及相對于樣品的角度，極大地簡化了矢量場應用平臺的復雜性，便于商業化推廣。

矢量場磁體通過控制電流而非機械操作實現磁場方向的旋轉，這為實驗提供了許多可能性。矢量場磁體是在空間任意位置和平面內產生任意方向的磁場分量，目前市場上的矢量場磁體所用的線圈結構，如圖1、圖2所示，常見的有螺線管線圈、跑道型線圈或馬鞍型線圈等，優點是結構簡單，工藝成熟，缺點是磁體體積大，好場區范圍小，精度差。由于上述線圈自身特性的限制，對于大尺寸樣品，磁體尺寸過大。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種結構緊湊、好場區范圍大且均勻度高的多維矢量場磁體結構。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案為：一種多維矢量場磁體結構，該結構包括第一線圈、第二線圈和/或第三線圈；

第一線圈采用一層或多層CCT二極線圈，單層CCT線圈在磁體孔徑區域產生一個同時具有X方向和Z方向分量的矢量磁場；

第二線圈采用一層或多層CCT二極線圈，單層CCT線圈在磁體孔徑區域產生一個同時具有Y方向和Z方向分量的矢量磁場；

第三線圈采用一個或多個常規線圈，單個常規線圈在磁體孔徑區域產生一個沿Z軸分布的矢量磁場；

其中，Z軸為CCT二極線圈的中心軸方向，X軸和Y軸分別為所述第一線圈、第二線圈的CCT二極線圈對應的極頭方向。

進一步地，所述第一線圈、第二線圈和/或第三線圈裝配順序任意，即三個線圈組合在磁體孔徑區域產生所需的空間矢量磁場；另外，所述第一線圈、第二線圈和第三線圈中任意兩個組合，在磁體孔徑區域產生一個二維矢量磁場。

進一步地，多層CCT線圈之間串聯連接，多層CCT線圈為偶數層時：

傾角交替，在磁體孔徑區域只產生一個沿X軸或Y軸方向分布的增強版的二極矢量磁場；

傾角同向，在磁體孔徑區域產生與中心軸呈預設夾角方向的增強版的CCT矢量磁場；

進一步地，多層CCT線圈之間串聯連接，多層CCT線圈為奇數層：

傾角交替，在磁體孔徑區域產生一個同時具有X軸或Y軸分量和Z軸分量且與Bcct方向不同的矢量磁場，其中，Bcct為單層CCT所產生矢量磁場；

傾角同向，在磁體孔徑區域產生與中心軸呈預設夾角方向的增強版的CCT矢量磁場。

進一步地，所述第三線圈為螺線管線圈、跑道型線圈或馬鞍型線圈。