Under pres:et nyt eksperimentelt apparat samler mere indsigt i magnetiske og superledende tilstande

Det er almindeligt at være under pres på det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory – dvs. hvis du tilfældigvis er en prøve af materiale, der undersøges af laboratoriets kondenserede stoffysikere.

Fysikerne bruger højtryk, nogle gange nærmer sig så højt som det, der findes 1000 miles under jordens overflade, at skubbe og producere metalliske og halvledende forbindelser til at afsløre usædvanlige strukturelle, magnetiske, og superledende egenskaber, der ellers kunne forblive skjulte.

Indtil nu, forskere ved Ames Laboratory var i stand til at studere magnetisering og modstand under tryk, men ikke et materiales specifikke varme, på grund af vanskelighederne ved både lokal opvarmning og tryksætning af prøven på samme tid. Men specifik varme, en grundlæggende materiel egenskab, under højt tryk var en måling for værdifuld til at ignorere, sagde Paul Canfield, Ames Laboratory fysiker og Distinguished Professor og Robert Allen Wright professor i fysik og astronomi ved Iowa State University.

Traditionelt, den specifikke varme af et materiale måles isoleret, uden at noget rører prøven; men påføring af tryk kræver kontakt med prøven. Med disse to modstridende krav, Ames Labs postdoc-forsker Elena Gati søgte efter en anden måde at gribe problemet an på.

Løsningen var at teste og tilpasse et termometer, der typisk bruges i lavtryksforsøg, til brug i højtryksmiljøer, kombineret med en oscillationsteknik, der leverer varmeimpulser, der er kalibreret til straks at påvirke prøven, men ikke påvirke det omgivende miljø så hurtigt.

Forskerne har udgivet en række artikler ved hjælp af teknikken, hvilket i hvert tilfælde har afsløret nye egenskaber i de undersøgte materialer. Det åbner op for nye forskningsmuligheder for Ames Laboratory, men også samarbejder med andre forskningsinstitutioner, der kunne have gavn af målinger ved hjælp af apparatet.

"I alle disse tilfælde, vi bruger denne teknik til at skabe et kort over det elektroniske, magnetiske, og strukturelle faseovergange – hvordan de interagerer og smelter sammen, hvordan de bliver født og dør, " sagde Canfield. "Med den slags indsigt, vi kan udlede reglerne for, hvordan disse overgange interagerer, med det ultimative mål at være i stand til at kontrollere dem for de ejendomme, vi ønsker."

Den eksperimentelle teknik og dens resultater diskuteres yderligere i disse artikler:

"Brug af Cernox-termometre til AC-specifik varmemåling under tryk, "forfattet af Elena Gati, Gil Drachuck, Li Xiang, Lin-Lin Wang, Sergey L. Bud'ko, og Paul C. Canfield; og udgivet i Gennemgang af videnskabelige instrumenter .

"Buksuperledning og fluktuationers rolle i den jernbaserede superleder FeSe ved højt tryk, "forfattet af Elena Gati, Anna E. Böhmer, Sergey L. Bud'ko, og Paul C. Canfield; og udgivet i Fysisk gennemgangsbreve .

"Flere ferromagnetiske overgange og strukturel forvrængning i van der Waals ferromagnet VI3 ved omgivende og endelige tryk, "forfattet af Elena Gati, Yuji Inagaki, Tai Kong, Robert J. Cava, Yuji Furukawa, Paul C. Canfield, og Sergey L. Bud'ko; og udgivet som redaktørens forslag i Fysisk gennemgang B .