Ny pulserende magnet afslører en ny tilstand i Kondo -isolatoren

En nylig række eksperimenter på National High Magnetic Field Laboratory (National MagLab) ved Los Alamos National Laboratory udnyttede nogle af landets højest drevne ikke-destruktive magneter til at afsløre en eksotisk ny fase af stof ved høje magnetfelter. Eksperimenterne studerede den usædvanlige Kondo-isolator ytterbium dodecaboride (eller YbB12) og var de første resultater fra den nye 75-tesla duplexmagnet, der var placeret på National MagLabs Pulsed Field Facility i Los Alamos.

"Denne magnet og de resulterende eksperimenter er de første frugter af National Science Foundation-understøttet pulserende magnetbølge, "sagde Michael Rabin, direktør for Pulsed Field Facility i Los Alamos. "Bølgen skaber nye videnskabskapaciteter i 75-85 tesla-serien-hvilket i sidste ende fører til en udvidet portefølje af nogle af de mest kraftfulde ikke-destruktive magnetfelter i verden."

Forskere fra University of Michigan, Kyoto University og Los Alamos gennemførte forskningen, udgivet i sidste uge i Naturfysik .

I Kondo -isolatorer, der er en usædvanlig kvantemekanisk blanding af mobile elektroner og magnetiske atomer, gør disse materialer attraktive som modelsystemer for grundlæggende videnskab, elektroniske anordninger, og muligvis kvantecomputing. I modsætning til simple metaller og isolatorer, YbB12 udviser egenskaber ved begge dele - dens elektriske modstand opfører sig som isolatorens, men det viser også tydeligt kvanteoscillationer ved høje magnetfelter, der er en grundlæggende metallisk egenskab.

"En overflod af teorier er opstået for at redegøre for sådan adfærd, "sagde John Singleton, en stipendiat på MagLabs Los Alamos-campus og medforfatter på papiret. "Nogle fysikere mener, at dette er en inkarnation af neutrale Majorana fermioner, enheder, der normalt udforskes i partikelfysik. "

For at teste disse teorier, forskergruppen ønskede at observere, hvordan de neutrale fermioner, som de fandt i YbB12, reagerede på ekstreme forhold. De høje magnetfelter i den nye 75-tesla duplexmagnet, der fås på National MagLabs Pulsed Field Facility, blev brugt til at undertrykke YbB12's isolerende egenskaber og måle kvanteoscillationer og forskellige egenskaber, der påvirkes af tilstedeværelsen af ​​de neutrale fermioner.

"De ekstra 10 tesla over vores standardpulserede magneter leveret af dupleksmagneten muliggjorde, at denne nye tilstand - eksotiske fermioner gradvist blev druknet i et hav af normale elektroner - for første gang at blive sporet på tværs af en lang række magnetfelter, "sagde Singleton. Dette bekræftede, at de observerede fænomener bestemt var forbundet med de neutrale fermioner og gav en test af de forskellige teoretiske modeller.

Dupleksmagneten er et resultat af en "magnetbølge" af Pulsed Field Facility understøttet af National Science Foundation. Formålet med stigningen er at skabe nye og udvidede videnskabelige muligheder i 75-85 tesla-serien. Dupleksmagnetsystemet er tilgængeligt for forskere fra hele verden til at udføre deres egne eksperimenter, og en 85-tesla duplexmagnet og nødvendig understøttende teknologi er under udvikling.

Disse nye pulserede magneter drives udelukkende af kondensatorbanker uden at stole på Los Alamos -generatoren, der driver den meget større 100 tesla -magnet. Generatoren er i øjeblikket offline til reparationer og vedligeholdelse, så magneter fra overspændingen fylder et vigtigt hul for kondenseret fysik i høje magnetfelter.

De nye magneter kaldes duplexmagneter, fordi de er lavet af to koncentriske elektromagnetspoler (solenoider), der drives uafhængigt af separate kondensatorbankmoduler. Når generatoren er tilbage online, teknologi udviklet af den pulserende magnetbølge vil blive kombineret med Los Alamos 'største magneter for yderligere at udvide MagLabs videnskabelige muligheder.