Für die Untersuchung physikalischer Eigenschaften von Proben wie z.B. elektrischem Widerstand oder spezifischer Wärme ist für die hier auftretenden Fragestellungen das Erreichen sehr tiefer Temperaturen notwendig. Hierzu stehen die Kryoflüssigkeiten flüssiger Stickstoff (77,4 K) und flüssiges Helium (4,2 K) in 100 Liter-Vorratsdewars zur Verfügung. Im Haus besteht ein geschlossener Helium-Kreislauf, d.h. das an den Apparaturen verdampfende Helium wird über ein Rohr- leitungssystem gesammelt und an einem hauseigenen Verflüssiger erneut in Vorratsdewars abgefüllt. Die Leistung dieses Verflüssigers liegt bei ca. 120.000 l/Jahr, so dass pro Woche bis zu 24 100-Liter-Kannen an die einzelnen Verbraucher ausgeliefert werden können.

Kryostate

Für einfache Charakterisierungen von Proben werden Kannenmeßstäbe verwendet, bei denen die zu untersuchende Probe direkt in die Flüssigkeit der Vorratsdewars getaucht wird.
Ein breiteres Temperaturspektrum wird mit Helium-Durchflusskryostaten erreicht, bei denen die Probe einem kontrolliert geheizten Helium-Gasstrom ausgesetzt wird. Der abgedeckte Temperaturbereich erstreckt sich hierbei typischerweise von Raumtemperatur (300 K) bis hinunter zu etwa 1,3 K.

Für tiefere Temperaturen stehen Kryostate zu Verfügung, bei denen statt 4He das seltene (und teure) Isotop 3He in einem geschlossenen Kreislauf verwendet wird. Dessen Vorkühlung und Verflüssigung erfolgt mit einer 4He-Kühleinheit, die typischerweise 1,5 K erreicht, während man durch Pumpen an der 3He-Kryoflüssigkeit zu Temperaturen von ca. 350 mK gelangt. Noch tiefere Temperaturen können mit Mischungskühlern erzielt werden, bei denen die physikalischen Besonderheiten eines Gemisches der Heliumisotope 3He und 4He ausgenutzt wird [1]. Analog zum 3He-Kühler wird auch hier zunächst das in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierende 3He/4He-Gemisch mit einer 4He-Kühleinheit auf ca. 1,5 K vorgekühlt und verflüssigt, um anschliessend nach dem Passieren von Gegenstrom-Wärmetauschern in der sog. Mischkammer auf unter 10 mK abgekühlt zu werden.

typische hier am Institut erreichbare Temperaturen

Magnetfelder

Zusätzlich zu den zu erreichenden tiefen Temperaturen wird bei vielen Messmethoden auch das Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes gewünscht. Hierzu sind die meisten der vorhandenen Kryostate mit supraleitenden Magnetspulen ausgestattet. Je nach Kryostat sind Maximalfelder von bis zu 20 Tesla realisierbar.

[1]: siehe z.B. David S. Betts An Introduction to Millikelvin Technology, Cambridge University Press, Seite 14 ff.