Una serie reciente de experimentos en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (National MagLab) en el Laboratorio Nacional de Los Alamos aprovechó algunos de los imanes no destructivos de mayor potencia del país para revelar una nueva fase exótica de la materia en campos magnéticos altos. Los experimentos estudiaron el inusual aislante de Kondo, el dodecaboruro de iterbio (o YbB12) y fueron los primeros resultados del nuevo imán dúplex de 75 teslas alojado en la instalación de campo pulsado del National MagLab en Los Alamos.

"Este imán y los experimentos resultantes son los primeros frutos de la oleada de imanes pulsados ​​respaldada por la National Science Foundation, "dijo Michael Rabin, director de Pulsed Field Facility en Los Alamos. "El aumento está creando nuevas capacidades científicas en el rango de 75-85 tesla, lo que eventualmente conduce a una cartera ampliada de algunos de los campos magnéticos no destructivos más poderosos del mundo".

Investigadores de la Universidad de Michigan, La Universidad de Kyoto y Los Alamos llevaron a cabo la investigación, publicado la semana pasada en Física de la naturaleza .

En aisladores Kondo, hay una mezcla mecánica cuántica inusual de electrones móviles y átomos magnéticos, hacer que estos materiales sean atractivos como sistemas modelo para la ciencia básica, dispositivos electrónicos, y posiblemente computación cuántica. A diferencia de los aislantes y metales simples, YbB12 exhibe propiedades de ambos:su resistencia eléctrica se comporta como la de un aislante, pero también muestra claramente oscilaciones cuánticas en campos magnéticos elevados que son una propiedad metálica fundamental.

"Ha surgido una plétora de teorías para explicar tal comportamiento, "dijo John Singleton, miembro del campus de MagLab en Los Alamos y coautor del artículo. "Algunos físicos creen que esta es una encarnación de materia condensada de fermiones neutrales de Majorana, entidades normalmente exploradas en física de partículas ".

Para probar estas teorías, el equipo de investigación quería observar cómo los fermiones neutros que encontraron en YbB12 respondían a condiciones extremas. Los campos magnéticos elevados en el nuevo imán dúplex de 75 tesla disponible en la instalación de campo pulsado de National MagLab se utilizaron para suprimir las propiedades aislantes de YbB12 y medir oscilaciones cuánticas y diversas propiedades que se ven afectadas por la presencia de fermiones neutros.

"Los 10 tesla adicionales por encima de nuestros imanes pulsados ​​estándar proporcionados por el imán dúplex permitieron que este nuevo estado de la materia (fermiones exóticos que se ahogan gradualmente en un mar de electrones normales) se rastreara a través de una amplia gama de campos magnéticos por primera vez, ", dijo Singleton. Esto confirmó que los fenómenos observados estaban definitivamente asociados con los fermiones neutros y proporcionó una prueba de los diversos modelos teóricos.

El imán dúplex es el resultado de una "sobretensión magnética" de una instalación de campo pulsado respaldada por la National Science Foundation. El propósito del aumento es crear capacidades científicas nuevas y ampliadas en el rango de 75 a 85 tesla. El sistema de imán dúplex está disponible para investigadores de todo el mundo para realizar sus propios experimentos. y se están desarrollando un imán dúplex de 85 tesla y la tecnología de apoyo necesaria.

Estos nuevos imanes pulsados ​​son alimentados únicamente por bancos de condensadores sin depender del generador de Los Alamos que alimenta el imán mucho más grande de 100 tesla. El generador está actualmente fuera de línea por reparaciones y mantenimiento, por lo que los imanes de la oleada llenan un vacío importante para la física de la materia condensada en campos magnéticos elevados.

Los nuevos imanes se denominan imanes dúplex porque están hechos de dos bobinas de electroimán concéntricas (solenoides) que se alimentan independientemente de módulos de banco de condensadores separados. Cuando el generador vuelva a estar en línea, La tecnología desarrollada por la oleada de imanes pulsados ​​se combinará con los imanes más grandes de Los Alamos para expandir aún más las capacidades científicas de MagLab.