Medir as propriedades de materiais supercondutores em campos magnéticos em temperaturas próximas de zero absoluto é difícil, mas necessário compreender suas propriedades quânticas. Que frio? Inferior a 0,05 Kelvin (-272 ° C).

"Para muitos materiais modernos (quânticos), para estudar adequadamente os detalhes do comportamento da mecânica quântica, você precisa ser legal. Mais frio do que se pensava ser possível, "disse Ruslan Prozorov, um físico do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA, que se especializou no desenvolvimento de instrumentação que mede exatamente essas coisas.

Prozorov e sua equipe de pesquisa desenvolveram um método para medir as propriedades magnéticas de materiais supercondutores e magnéticos que exibem comportamento quântico incomum em temperaturas muito baixas em campos magnéticos elevados. O método está sendo usado para estudar o comportamento crítico quântico, mecanismos de supercondutividade, frustração magnética e transições de fase em materiais, muitos dos quais foram fabricados pela primeira vez no Laboratório Ames.

Eles fizeram isso colocando um ressonador de diodo de túnel, um instrumento que faz medições precisas de radiofrequência de propriedades magnéticas, em um refrigerador de diluição, um dispositivo criogênico que é capaz de resfriar amostras até a faixa de temperatura de mili Kelvin. Embora isso já tenha sido alcançado antes, trabalhos anteriores não tinham a capacidade de aplicar grandes campos magnéticos estáticos, que é crucial para estudar materiais quânticos.

O grupo de Prozorov trabalhou para superar as dificuldades técnicas de manutenção de medições magnéticas de alta resolução, ao mesmo tempo que atinge temperaturas ultracongeladas de até 0,05 K e em campos magnéticos de até 14 tesla. Um circuito semelhante já foi usado em um campo magnético muito alto (60 T) quando a equipe realizou os experimentos no Laboratório Nacional de Los Alamos.

"Quando instalamos o refrigerador de diluição pela primeira vez, a piada era que meu laboratório tinha as temperaturas mais frias de Iowa, "disse Prozorov, que conduz sua pesquisa onde os invernos do meio-oeste não são motivo de riso. "Mas não estávamos fazendo isso apenas por diversão, para ver o quão frio poderíamos ir. Muitas propriedades quânticas incomuns de materiais só podem ser descobertas nessas temperaturas extremamente baixas. "

O grupo estudou a simetria de emparelhamento em vários supercondutores não convencionais, mapeou um diagrama de fase muito complexo em um sistema com comportamento crítico quântico induzido por campo, e recentemente descobriu propriedades muito incomuns de um sistema de spin-ice, "nada disso seria possível sem esta configuração, "disse Prozorov.