Dvouosý mikromanipulátor pro krystaly v kryogenním prostředí a v extra silných magnetických polích generovaných supravodičem

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá konstrukčním návrhem dvouosého mikromanipulátoru sloužícího jako držák vzorků pro EPR spektrometr. Zařízení je určeno pro studium krystalů s anizotropními magnetickými vlastnostmi a musí pracovat v extrémních podmínkách – při teplotách až 4 K a v magnetickém poli až 16 T. V rešeršní části je podán teoretický úvod do elektronové paramagnetické rezonance (EPR) a popsány možnosti přesného polohování vzorků v kryogenním prostředí, pozornost je věnována zejména piezomotorům. Dále jsou uvedeny příklady držáků vzorků používaných v podobných aplikacích. Návrhová část práce zahrnuje systémovou analýzu a porovnání několika koncepčních variant mikromanipulátoru. Nejvhodnější varianta byla dále detailně konstrukčně rozpracována. Popsána je funkce jednotlivých komponent, výsledky MKP simulací zaměřených na teplotní dilatace a proces výroby prototypu pomocí 3D tisku. Závěrem je popsáno oživení zařízení a testování funkčnosti držáku vzorků s integrovanými piezomotory.

This thesis focuses on the design of a two-axis micromanipulator serving as a sample holder for an EPR spectrometer. The device is intended for studying crystals with anisotropic magnetic properties and is designed to operate under extreme conditions – at temperatures down to 4 K and in magnetic fields up to 16 T. The theoretical part provides an introduction to electron paramagnetic resonance (EPR) and explores the possibilities of precise sample positioning in cryogenic environments, with particular attention given to piezoelectric motors. Examples of sample holders used in similar applications are also presented. The design section includes a system analysis and a comparison of several conceptual variants of the micromanipulator. The most suitable variant was further developed in detail. The functions of individual components are described, along with the results of FEM simulations focused on thermal expansion and the process of prototype fabrication using 3D printing. Finally, the commissioning of the device and testing of the sample holder with integrated piezoelectric motors are described.