金刚石对顶砧中的调制量热法 II：焦耳加热设计与原型

第一部分表明，通过高频焦耳加热（100 kHz至10 MHz），在金刚石对顶砧内进行定量的热容测量在理论上是可能的，这为探测和表征高压下的转变（如玻璃化转变、熔化、磁有序或超导电性的开始）开辟了新方法的可能性。在此，我们使用原型和详细的数值模型来测试第一部分中概述的可能性。首先，一个耦合的电-热数值模型表明，金刚石对顶砧内金属的比热可以使用约1 MHz的频率直接测量，精度优于10%。其次，我们测试了高压实验的物理模型，即金刚石对顶砧模型。厚度为2至6微米的金属箔被夹在金刚石对顶砧内的玻璃绝缘层之间。通过拟合从10 Hz到约30 kHz的数据，我们推断出Fe、Pt和Ni的比热容，精度为±20%至30%。电测试设备产生的-80 dBc杂散谐波在高频下压倒了热致谐波，使得数值模型所预期的高精度无法实现。另一方面，另一种焦耳加热量热实验，尽管存在-80 dBc的杂散谐波，却确实允许进行精度优于10%的绝对测量：即测量薄膜加热器周围绝缘材料的热浸透率 $\sqrt{\rho c k}$（$\rho$、$c$ 和 $k$ 分别为密度、比热和热导率）。使用一个被玻璃包围的约50纳米厚的Pt加热器，并在10 Hz至300 kHz的频率下，我们在金刚石对顶砧的样品腔内以±6%的精度测量了热浸透率。