Pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE) concluíram o comissionamento preliminar de um novo ímã de 14 tesla na Fonte de Nêutrons de Espalação (SNS). Este novo ambiente de amostra permite aos pesquisadores explorar a física fundamental por trás do comportamento complexo da matéria quântica.

O ímã, que também possui uma inserção de refrigerador de diluição opcional, é o mais recente ambiente de amostra de baixa temperatura a ser comissionado no SNS. Pesando 2, 670 libras e quase 2,10 metros de altura, este dispositivo enorme é uma excelente ferramenta para pesquisadores que desejam aprender mais sobre materiais que exibem fenômenos quânticos. Seu poderoso campo magnético força as partículas quânticas a se comportarem de maneira ordenada, dando aos cientistas a oportunidade de localizar padrões em sistemas quânticos desordenados. E com sua geladeira - que pode resfriar amostras a -459,65 ° F - os cientistas podem essencialmente "congelar" vibrações moleculares em materiais que podem aparecer como ruído de fundo em estudos de espalhamento de nêutrons. Isso permite medições mais precisas das excitações associadas aos ímãs quânticos.

"Os sistemas quânticos geralmente carecem de ordem discernível. Isso torna difícil entender suas características fundamentais. Este novo ambiente de amostra nos permite trazer ordem para esses sistemas que estamos interessados ​​em estudar, "disse Matt Stone, um cientista líder em instrumentos do ORNL.

Stone explicou que o ímã de 14 tesla produz um campo magnético que é muito adequado para muitos dos experimentos de espalhamento de nêutrons em materiais quânticos que estão sendo realizados no SNS. Mas, ele adicionou, As instalações de espalhamento de nêutrons do ORNL podem lidar com ambientes de amostra que produzem campos magnéticos muito maiores.

"Um campo magnético de 14 tesla nos permite espalhar nêutrons através de uma grande abertura de ângulo de espalhamento. É ideal para explorar uma ampla gama de materiais e comportamentos quânticos, incluindo coisas como magnetismo quântico e líquidos de spin, "disse ele." Tenha certeza, no entanto, que ambientes de amostra de campo magnético maiores já estão sendo considerados para desenvolvimento nas instalações de espalhamento de nêutrons do ORNL. "

Stone passou três anos projetando e testando o ímã de 14 tesla ao lado de colegas da ORNL e da Oxford Instruments, uma empresa de instrumentação científica com sede em Oxford, Inglaterra. Demorou mais três semanas para os técnicos e engenheiros montarem o ímã, que chegou de Oxford em 13 caixas enormes.

"Foi um grande projeto, mas correu muito bem. Nossa equipe e nossos colegas da Oxford Instruments montaram este ambiente de amostra com cuidado meticuloso, e essa diligência é o que tornou esta assembléia tão bem-sucedida, "disse Saad Elorfi, um técnico mestre com a equipe de ambiente de amostra magnética e baixa temperatura do ORNL.

Os nêutrons são ferramentas excelentes para estudar sistemas quânticos. Eles não têm carga elétrica, mas eles têm um momento magnético, o que os torna sensíveis a materiais magnéticos, como ímãs quânticos.

"Além de sua sensibilidade às estruturas magnéticas, nêutrons nos instrumentos de nêutrons frios no ORNL são particularmente úteis para estudar fenômenos quânticos porque eles são produzidos em uma energia semelhante à que vemos nas excitações quânticas, "disse Stone.

Stone diz que vários pesquisadores já o contataram sobre o uso do ímã de 14 tesla para seus experimentos. O ímã é móvel, o que significa que pode ser instalado em vários instrumentos diferentes de espalhamento de nêutrons no SNS. Estes incluem SEQUOIA, HYSPEC, CORELLI, ARCS, e CNCS.

"Criamos um recurso poderoso para cientistas que procuram explorar materiais quânticos, um que esperamos produzirá pesquisas inovadoras neste campo, "disse Stone.

SNS é um DOE Office of Science User Facility. UT-Battelle LLC gerencia ORNL para o DOE Office of Science. O Office of Science é o maior patrocinador da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo.