Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) han finalizado la puesta en servicio preliminar de un nuevo imán de 14 teslas en la fuente de neutrones de espalación (SNS). Este nuevo entorno de muestra permite a los investigadores explorar la física fundamental detrás del comportamiento complejo de la materia cuántica.

El imán que también cuenta con un inserto de refrigerador de dilución opcional, es el último entorno de muestreo de baja temperatura que se encargará en SNS. Con un peso de 2, 670 libras y mide casi 7 pies de altura, este dispositivo masivo es una excelente herramienta para los investigadores que desean aprender más sobre materiales que exhiben fenómenos cuánticos. Su potente campo magnético obliga a las partículas cuánticas a comportarse de forma ordenada, dando a los científicos la oportunidad de localizar patrones en sistemas cuánticos desordenados. Y con su refrigerador, que puede enfriar muestras a -459.65 ° F, los científicos pueden esencialmente "congelar" las vibraciones moleculares en materiales que podrían aparecer como ruido de fondo en estudios de dispersión de neutrones. Esto permite mediciones más precisas de las excitaciones asociadas con los imanes cuánticos.

"Los sistemas cuánticos a menudo carecen de un orden discernible. Esto dificulta la comprensión de sus características fundamentales. Este nuevo entorno de muestra nos permite poner orden en estos sistemas que estamos interesados ​​en estudiar". "dijo Matt Stone, científico principal de instrumentos en ORNL.

Stone explicó que el imán de 14 teslas produce un campo magnético que es muy adecuado para muchos de los experimentos de dispersión de neutrones en materiales cuánticos que se están realizando en el SNS. Pero, él agregó, Las instalaciones de dispersión de neutrones de ORNL pueden manejar entornos de muestra que producen campos magnéticos mucho más grandes.

"Un campo magnético de 14 teslas nos permite dispersar neutrones a través de una gran apertura de ángulo de dispersión. Es ideal para explorar una amplia gama de materiales y comportamientos cuánticos, incluyendo cosas como el magnetismo cuántico y los líquidos de espín, ", dijo." Tenga la seguridad, aunque, que los entornos de muestra de campos magnéticos más grandes ya se están considerando para el desarrollo en las instalaciones de dispersión de neutrones de ORNL ".

Stone pasó tres años diseñando y probando el imán de 14 teslas junto con colegas de ORNL y Oxford Instruments, una empresa de instrumentación científica con sede en Oxford, Inglaterra. Los técnicos e ingenieros tardaron otras tres semanas en montar el imán, que llegó de Oxford en 13 enormes cajas.

"Fue un gran proyecto, pero fue muy bien. Nuestro personal y nuestros compañeros de Oxford Instruments ensamblaron este entorno de muestra con un cuidado meticuloso, y esa diligencia es lo que hizo que esta asamblea fuera tan exitosa, "dijo Saad Elorfi, un técnico maestro con el equipo de ambiente de muestras magnéticas y de baja temperatura en ORNL.

Los neutrones son excelentes herramientas para estudiar sistemas cuánticos. No tienen carga eléctrica pero tienen un momento magnético, lo que los hace sensibles a materiales magnéticos como los imanes cuánticos.

"Además de su sensibilidad a las estructuras magnéticas, Los neutrones en los instrumentos de neutrones fríos en ORNL son particularmente útiles para estudiar fenómenos cuánticos porque se producen a una energía similar a la que vemos en las excitaciones cuánticas. dijo Stone.

Stone dice que varios investigadores ya se han puesto en contacto con él sobre el uso del imán de 14 teslas para sus experimentos. El imán es móvil lo que significa que se puede instalar en varios instrumentos de dispersión de neutrones diferentes en el SNS. Estos incluyen SEQUOIA, HYSPEC, CORELLI, ARCOS, y CNCS.

"Hemos creado un activo poderoso para los científicos que buscan explorar materiales cuánticos, uno que esperamos produzca una investigación innovadora en este campo, dijo Stone.

SNS es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. UT-Battelle LLC administra ORNL para la Oficina de Ciencias del DOE. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador de la investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo.