Лаборатория Эймса разработала метод измерения магнитных свойств сверхпроводящих и магнитных материалов, которые демонстрируют необычные квантовые характеристики очень низких температур в сильных магнитных полях, помещая туннельный диодный резонатор, прибор, который делает точные радиочастотные измерения магнитных свойств, в разведении холодильник, криогенное устройство, способное охлаждать образцы до температурного диапазона Милликельвин. Фото: Лаборатория Эймса, Министерство энергетики США

Измерение свойств сверхпроводящих материалов в магнитных полях при температурах, близких к абсолютному нулю, сложно, но необходимо для понимания их квантовых свойств. Как холодно? Ниже 0,05 Кельвина (-272 ° С).

«Для многих современных (квантовых) материалов, чтобы правильно изучить мелкие детали их квантово-механического поведения, нужно быть крутым. Круче, чем раньше считалось возможным», — сказал Руслан Прозоров, физик из лаборатории Эймса Министерства энергетики США, которая специализируется на разработке контрольно-измерительных приборов, которые измеряют именно такие вещи.

Прозоров и его исследовательская группа разработали метод измерения магнитных свойств сверхпроводящих и магнитных материалов, которые демонстрируют необычное квантовое поведение при очень низких температурах в сильных магнитных полях. Этот метод используется для изучения квантово-критического поведения, механизмов сверхпроводимости, магнитных расстройств и фазовых переходов в материалах, многие из которых были впервые изготовлены в лаборатории Эймса.

Они сделали это, поместив туннельный диодный резонатор, прибор, который производит точные радиочастотные измерения магнитных свойств, в холодильник для разбавления, криогенное устройство, которое способно охлаждать образцы до температурного диапазона Милликельвина. Хотя это уже было достигнуто ранее, предыдущие работы не имели возможности применять большие статические магнитные поля, что имеет решающее значение для изучения квантовых материалов.

Группа Прозорова работала над преодолением технических трудностей, связанных с поддержанием магнитных измерений с высоким разрешением, при одновременном достижении сверхнизких температур до 0,05 К и в магнитных полях до 14 Тесла. Подобная схема уже использовалась в очень сильном магнитном поле (60 Тл), когда команда провела эксперименты в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

«Когда мы впервые установили рефрижератор для разведения, шутили, что в моей лаборатории самые холодные температуры в Айове», — сказал Прозоров, который проводит свои исследования, в которых зимы на Среднем Западе не шутки. «Но мы делали это не ради удовольствия, чтобы увидеть, как холодно мы можем идти. Многие необычные квантовые свойства материалов могут быть обнаружены только при этих крайне низких температурах».

Группа изучила симметрию спаривания в нескольких нетрадиционных сверхпроводниках, нанесла на карту очень сложную фазовую диаграмму в системе с квантовым критическим поведением, вызванным полем, и недавно обнаружила очень необычные свойства системы со спиновым льдом, «ни одно из которых было бы невозможно без этой установки», — сказал Прозоров.

По материалам phys.org