Uma série recente de experimentos no Laboratório Nacional de Alto Campo Magnético (National MagLab) no Laboratório Nacional de Los Alamos alavancou alguns dos ímãs não destrutivos de maior potência do país para revelar uma nova fase exótica da matéria em campos magnéticos elevados. Os experimentos estudaram o incomum isolador Kondo dodecaboride de itérbio (ou YbB12) e foram os primeiros resultados do novo ímã duplex de 75 tesla alojado nas Instalações de Campo Pulsado do National MagLab em Los Alamos.

"Este ímã e os experimentos resultantes são os primeiros frutos da onda magnética pulsada apoiada pela National Science Foundation, "disse Michael Rabin, diretor do Pulsed Field Facility em Los Alamos. "O aumento está criando novos recursos científicos na faixa de 75-85 tesla - levando eventualmente a um portfólio expandido de alguns dos campos magnéticos não destrutivos mais poderosos do mundo."

Pesquisadores da Universidade de Michigan, A Universidade de Kyoto e Los Alamos conduziram a pesquisa, publicado na semana passada em Física da Natureza .

Em isoladores Kondo, há uma mistura mecânica quântica incomum de elétrons móveis e átomos magnéticos, tornando esses materiais atraentes como sistemas modelo para a ciência básica, dispositivos eletrônicos, e possivelmente computação quântica. Ao contrário de metais simples e isolantes, YbB12 exibe propriedades de ambos - sua resistência elétrica se comporta como a de um isolador, mas também mostra claramente as oscilações quânticas em campos magnéticos elevados que são uma propriedade metálica fundamental.

"Uma infinidade de teorias surgiu para explicar esse comportamento, "disse John Singleton, um colega do campus de Los Alamos do MagLab e co-autor do artigo. "Alguns físicos acreditam que esta é uma encarnação de matéria condensada de férmions neutros de Majorana, entidades normalmente exploradas na física de partículas. "

Para testar essas teorias, a equipe de pesquisa queria observar como os férmions neutros que encontraram em YbB12 respondiam a condições extremas. Os altos campos magnéticos no novo ímã duplex de 75 tesla disponível no National MagLab's Pulsed Field Facility foram usados ​​para suprimir as propriedades de isolamento de YbB12 e medir as oscilações quânticas e várias propriedades que são afetadas pela presença de férmions neutros.

"Os 10 tesla extras acima de nossos ímãs pulsados ​​padrão fornecidos pelo ímã duplex permitiram que este novo estado da matéria - férmions exóticos gradualmente sendo submersos em um mar de elétrons normais - fosse rastreado em uma ampla gama de campos magnéticos pela primeira vez, "disse Singleton. Isso confirmou que os fenômenos observados foram definitivamente associados com os férmions neutros e forneceu um teste dos vários modelos teóricos.

O ímã duplex é o resultado de uma "onda magnética" da Pulsed Field Facility, apoiada pela National Science Foundation. O objetivo do surto é criar novos e expandidos recursos científicos na faixa de 75-85 tesla. O sistema de ímã duplex está disponível para pesquisadores de todo o mundo conduzirem seus próprios experimentos, e um ímã duplex de 85 tesla e a tecnologia de suporte necessária estão em desenvolvimento.

Esses novos ímãs pulsados ​​são alimentados exclusivamente por bancos de capacitores, sem depender do gerador Los Alamos que alimenta o ímã muito maior de 100 tesla. O gerador está atualmente offline para reparos e manutenção, assim, os ímãs da onda preenchem uma lacuna importante para a física da matéria condensada em campos magnéticos elevados.

Os novos ímãs são chamados de ímãs duplex porque são feitos de duas bobinas eletromagnéticas concêntricas (solenóides) que são alimentadas independentemente de módulos de banco de capacitores separados. Quando o gerador estiver online novamente, a tecnologia desenvolvida pela onda magnética pulsada será combinada com os maiores ímãs de Los Alamos para expandir ainda mais as capacidades científicas do MagLab.