Medir las propiedades de los materiales superconductores en campos magnéticos a temperaturas cercanas al cero absoluto es difícil, pero necesario para comprender sus propiedades cuánticas. ¿Qué frío? Inferior a 0,05 Kelvin (-272 ° C).

"Para muchos materiales (cuánticos) modernos, para estudiar adecuadamente los detalles finos de su comportamiento mecánico cuántico, es necesario estar tranquilo. Más fresco de lo que antes se creía posible, "dijo Ruslan Prozorov, un físico en el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU., que se especializa en el desarrollo de instrumentación que mide precisamente esas cosas.

Prozorov y su equipo de investigación han desarrollado un método para medir las propiedades magnéticas de los materiales superconductores y magnéticos que exhiben un comportamiento cuántico inusual a temperaturas muy bajas en campos magnéticos altos. El método se está utilizando para estudiar el comportamiento crítico cuántico, mecanismos de superconductividad, frustración magnética y transiciones de fase en materiales, muchos de los cuales se fabricaron por primera vez en el laboratorio Ames.

Lo hicieron colocando un resonador de diodo de túnel, un instrumento que realiza mediciones precisas de radiofrecuencia de las propiedades magnéticas, en un refrigerador de dilución, un dispositivo criogénico que puede enfriar muestras hasta un rango de temperatura de mili-Kelvin. Si bien esto ya se logró antes, trabajos anteriores no tenían la capacidad de aplicar grandes campos magnéticos estáticos, que es crucial para estudiar materiales cuánticos.

El grupo de Prozorov trabajó para superar las dificultades técnicas de mantener mediciones magnéticas de alta resolución, mientras que al mismo tiempo logra temperaturas ultra frías de hasta 0,05 K y en campos magnéticos de hasta 14 tesla. Un circuito similar ya se usó en un campo magnético muy alto (60 T) cuando el equipo realizó los experimentos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos.

"Cuando instalamos por primera vez el refrigerador de dilución, la broma era que mi laboratorio tenía las temperaturas más frías de Iowa, "dijo Prozorov, quien lleva a cabo su investigación donde los inviernos del Medio Oeste no son motivo de risa. "Pero no estábamos haciendo esto solo por diversión, para ver que frío podíamos pasar. Muchas propiedades cuánticas inusuales de los materiales solo pueden descubrirse a estas temperaturas extremadamente bajas ".

El grupo estudió la simetría de apareamiento en varios superconductores no convencionales, mapeó un diagrama de fase muy complejo en un sistema con comportamiento crítico cuántico inducido por el campo, y recientemente descubrió propiedades muy inusuales de un sistema de hielo espín, "ninguno de los cuales sería posible sin esta configuración, "dijo Prozorov.