Een recente reeks experimenten in het National High Magnetic Field Laboratory (National MagLab) in Los Alamos National Laboratory maakte gebruik van enkele van de krachtigste niet-destructieve magneten van het land om een ​​exotische nieuwe fase van materie bij hoge magnetische velden te onthullen. De experimenten bestudeerden de ongewone Kondo-isolator ytterbium dodecaboride (of YbB12) en waren de eerste resultaten van de nieuwe 75-tesla duplexmagneet die is gehuisvest in de Pulsed Field Facility van de National MagLab in Los Alamos.

"Deze magneet en de resulterende experimenten zijn de eerste vruchten van de door de National Science Foundation ondersteunde gepulseerde magneetgolf, " zei Michaël Rabin, directeur van de Pulsed Field Facility in Los Alamos. "De golf creëert nieuwe wetenschappelijke mogelijkheden in het 75-85 Tesla-bereik, wat uiteindelijk leidt tot een uitgebreid portfolio van enkele van de krachtigste niet-destructieve magnetische velden ter wereld."

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan, Kyoto University en Los Alamos voerden het onderzoek uit, vorige week gepubliceerd in Natuurfysica .

In Kondo-isolatoren, er is een ongebruikelijke kwantummechanische vermenging van mobiele elektronen en magnetische atomen, deze materialen aantrekkelijk maken als modelsystemen voor basiswetenschap, elektronische apparaten, en mogelijk quantum computing. In tegenstelling tot eenvoudige metalen en isolatoren, YbB12 vertoont eigenschappen van beide - de elektrische weerstand gedraagt ​​​​zich als die van een isolator, maar het toont ook duidelijk kwantumoscillaties bij hoge magnetische velden die een fundamentele metallische eigenschap zijn.

"Er is een overvloed aan theorieën naar voren gekomen om dergelijk gedrag te verklaren, " zei John Singleton, een fellow op de Los Alamos-campus van MagLab en co-auteur van het papier. "Sommige natuurkundigen geloven dat dit een gecondenseerde incarnatie is van neutrale Majorana-fermionen, entiteiten die normaal worden onderzocht in de deeltjesfysica."

Om deze theorieën te testen, het onderzoeksteam wilde observeren hoe de neutrale fermionen die ze in YbB12 vonden, reageerden op extreme omstandigheden. De hoge magnetische velden in de nieuwe 75-tesla duplexmagneet die beschikbaar is bij de Pulsed Field Facility van de National MagLab, werden gebruikt om de isolerende eigenschappen van YbB12 te onderdrukken en kwantumoscillaties en verschillende eigenschappen te meten die worden beïnvloed door de aanwezigheid van de neutrale fermionen.

"De extra 10 tesla boven onze standaard gepulseerde magneten die door de duplexmagneet worden geleverd, stelden in staat om deze nieuwe staat van materie - exotische fermionen die geleidelijk verdrinken in een zee van normale elektronen - voor het eerst over een breed scala aan magnetische velden te volgen, " zei Singleton. Dit bevestigde dat de waargenomen verschijnselen absoluut verband hielden met de neutrale fermionen en leverde een test op van de verschillende theoretische modellen.

De duplexmagneet is het resultaat van een "magneetstoot" van de Pulsed Field Facility, ondersteund door de National Science Foundation. Het doel van de golf is om nieuwe en uitgebreide wetenschappelijke mogelijkheden te creëren in het bereik van 75-85 tesla. Het duplex-magneetsysteem is beschikbaar voor onderzoekers van over de hele wereld om hun eigen experimenten uit te voeren, en een duplexmagneet van 85 tesla en de nodige ondersteunende technologie zijn in ontwikkeling.

Deze nieuwe gepulseerde magneten worden uitsluitend aangedreven door condensatorbanken zonder afhankelijk te zijn van de Los Alamos-generator die de veel grotere 100 tesla-magneet aandrijft. De generator is momenteel offline voor reparatie en onderhoud, dus magneten van de stroomstoot vullen een belangrijke leemte voor de fysica van de gecondenseerde materie in hoge magnetische velden.

De nieuwe magneten worden duplexmagneten genoemd omdat ze zijn gemaakt van twee concentrische elektromagneetspoelen (solenoïdes) die onafhankelijk van elkaar worden gevoed door afzonderlijke condensatorbankmodules. Als de generator weer online is, technologie ontwikkeld door de gepulseerde magneetstoot zal worden gecombineerd met de grootste magneten van Los Alamos om de wetenschappelijke mogelijkheden van het MagLab verder uit te breiden.