Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE's) hebben de voorlopige ingebruikname van een nieuwe 14-tesla-magneet bij de Spallation Neutron Source (SNS) afgerond. Deze nieuwe voorbeeldomgeving stelt onderzoekers in staat om de fundamentele fysica achter complex gedrag van kwantummaterie te onderzoeken.

de magneet, die ook beschikt over een optionele verdunningskoelkast, is de nieuwste monsteromgeving met lage temperatuur die bij SNS in gebruik is genomen. Met een gewicht van 2, 670 pond en bijna 7 voet lang, dit enorme apparaat is een uitstekend hulpmiddel voor onderzoekers die meer willen weten over materialen die kwantumverschijnselen vertonen. Het krachtige magnetische veld dwingt kwantumdeeltjes zich op een ordelijke manier te gedragen, waardoor wetenschappers de mogelijkheid krijgen om patronen te lokaliseren in anderszins ongeordende kwantumsystemen. En met zijn koelkast - die monsters kan koelen tot -459,65 ° F - kunnen wetenschappers in wezen moleculaire trillingen "bevriezen" in materialen die kunnen verschijnen als achtergrondruis in onderzoeken naar neutronenverstrooiing. Dit zorgt voor nauwkeurigere metingen van de excitaties die verband houden met kwantummagneten.

"Kwantumsystemen hebben vaak geen waarneembare volgorde. Dit maakt het moeilijk om hun fundamentele kenmerken te begrijpen. Deze nieuwe voorbeeldomgeving stelt ons in staat om orde te scheppen in deze systemen die we willen bestuderen, " zei Matt Steen, een lead instrument scientist bij ORNL.

Stone legde uit dat de 14-tesla-magneet een magnetisch veld produceert dat zeer geschikt is voor veel van de neutronenverstrooiingsexperimenten op kwantummaterialen die bij de SNS worden nagestreefd. Maar, hij voegde toe, De neutronenverstrooiingsfaciliteiten van ORNL kunnen monsteromgevingen aan die veel grotere magnetische velden produceren.

"Een magnetisch veld van 14 tesla stelt ons in staat om neutronen te verstrooien door een opening met een grote verstrooiingshoek. Het is ideaal voor het verkennen van een breed scala aan materialen en kwantumgedragingen, inclusief zaken als kwantummagnetisme en spinvloeistoffen, "zei hij. "Wees gerust, Hoewel, dat grotere magnetische veldmonsteromgevingen al worden overwogen voor ontwikkeling bij ORNL's neutronenverstrooiingsfaciliteiten."

Stone bracht drie jaar door met het ontwerpen en testen van de 14-tesla-magneet, samen met collega's van ORNL en Oxford Instruments, een wetenschappelijk instrumentatiebedrijf gevestigd in Oxford, Engeland. Het duurde nog drie weken voor technici en ingenieurs om de magneet te monteren, die in 13 enorme kratten uit Oxford arriveerde.

“Het was een groot project, maar het ging heel vlot. Onze medewerkers en onze collega's van Oxford Instruments hebben deze voorbeeldomgeving met de grootste zorg samengesteld, en die ijver is wat deze vergadering zo succesvol maakte, " zei Saad Elorfi, een hoofdtechnicus bij het team lagetemperatuur- en magneetmonsteromgevingen bij ORNL.

Neutronen zijn uitstekende hulpmiddelen voor het bestuderen van kwantumsystemen. Ze hebben geen elektrische lading, maar ze hebben wel een magnetisch moment, waardoor ze gevoelig zijn voor magnetische materialen zoals kwantummagneten.

"Naast hun gevoeligheid voor magnetische structuren, neutronen bij de koude neutroneninstrumenten bij ORNL zijn bijzonder nuttig voor het bestuderen van kwantumverschijnselen omdat ze worden geproduceerd met een energie die vergelijkbaar is met die we zien in kwantumexcitaties, " zei Steen.

Stone zegt dat een aantal onderzoekers al contact met hem hebben opgenomen over het gebruik van de 14-tesla-magneet voor hun experimenten. De magneet is mobiel, wat betekent dat het kan worden geïnstalleerd op een aantal verschillende neutronenverstrooiingsinstrumenten bij SNS. Deze omvatten SEQUOIA, HYSPEC, CORELLI, ARCS, en CNCS.

"We hebben een krachtige aanwinst gecreëerd voor wetenschappers die kwantummaterialen willen verkennen, waarvan we verwachten dat het baanbrekend onderzoek op dit gebied zal opleveren, " zei Steen.

SNS is een DOE Office of Science User Facility. UT-Battelle LLC beheert ORNL voor het DOE Office of Science. Het Office of Science is de grootste voorstander van fundamenteel onderzoek in de natuurwetenschappen in de Verenigde Staten en werkt aan het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen van onze tijd.