I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell'Energia (DOE) hanno terminato la messa in servizio preliminare di un nuovo magnete da 14 tesla presso la Spallation Neutron Source (SNS). Questo nuovo ambiente campione consente ai ricercatori di esplorare la fisica fondamentale alla base del comportamento complesso della materia quantistica.

Il magnete, che dispone anche di un inserto per frigorifero a diluizione opzionale, è l'ultimo ambiente campione a bassa temperatura da commissionare a SNS. peso 2, 670 libbre e in piedi quasi 7 piedi di altezza, questo enorme dispositivo è uno strumento eccellente per i ricercatori che desiderano saperne di più sui materiali che mostrano fenomeni quantistici. Il suo potente campo magnetico costringe le particelle quantistiche a comportarsi in modo ordinato, dando agli scienziati l'opportunità di individuare modelli in sistemi quantistici altrimenti disordinati. E con il suo frigorifero, che può raffreddare i campioni a -459,65 ° F, gli scienziati possono essenzialmente "congelare" le vibrazioni molecolari nei materiali che potrebbero apparire come rumore di fondo negli studi sulla diffusione dei neutroni. Ciò consente misurazioni più accurate delle eccitazioni associate ai magneti quantistici.

"I sistemi quantistici spesso mancano di un ordine distinguibile. Ciò rende difficile la comprensione delle loro caratteristiche fondamentali. Questo nuovo ambiente campione ci consente di mettere ordine in questi sistemi che siamo interessati a studiare, " ha detto Matt Stone, uno scienziato principale dello strumento all'ORNL.

Stone ha spiegato che il magnete da 14 tesla produce un campo magnetico che è molto adatto per molti degli esperimenti di diffusione di neutroni su materiali quantistici in corso al SNS. Ma, Ha aggiunto, Le strutture di diffusione di neutroni dell'ORNL possono gestire ambienti campione che producono campi magnetici molto più grandi.

"Un campo magnetico di 14 tesla ci permette di disperdere i neutroni attraverso un ampio angolo di scattering. È l'ideale per esplorare un'ampia gamma di materiali e comportamenti quantistici, comprese cose come il magnetismo quantistico e i liquidi di spin, " ha detto. "Siate certi, anche se, che ambienti campione di campi magnetici più grandi sono già stati presi in considerazione per lo sviluppo presso le strutture di diffusione di neutroni dell'ORNL."

Stone ha trascorso tre anni a progettare e testare il magnete da 14 tesla insieme ai colleghi di ORNL e Oxford Instruments, una società di strumentazione scientifica con sede a Oxford, Inghilterra. Ci sono volute altre tre settimane prima che i tecnici e gli ingegneri assemblassero il magnete, che arrivò da Oxford in 13 enormi casse.

"Era un grande progetto, ma è andata molto bene. Il nostro staff e i nostri colleghi di Oxford Instruments hanno assemblato questo ambiente campione con cura meticolosa, e quella diligenza è ciò che ha reso questa assemblea un tale successo, " ha detto Saad Elorfi, un tecnico esperto con il team dell'ambiente di campionamento a bassa temperatura e magnete presso l'ORNL.

I neutroni sono strumenti eccellenti per studiare i sistemi quantistici. Non hanno carica elettrica, ma hanno un momento magnetico, che li rende sensibili ai materiali magnetici come i magneti quantistici.

"Oltre alla loro sensibilità alle strutture magnetiche, i neutroni negli strumenti a neutroni freddi dell'ORNL sono particolarmente utili per studiare i fenomeni quantistici perché sono prodotti a un'energia simile a quella che vediamo nelle eccitazioni quantistiche, " disse Pietra.

Stone afferma che un certo numero di ricercatori lo ha già contattato per l'utilizzo del magnete da 14 tesla per i loro esperimenti. Il magnete è mobile, il che significa che può essere installato su un numero di diversi strumenti di diffusione di neutroni presso SNS. Questi includono SEQUOIA, ISPETTO, CORELLI, ARCHI, e CNC.

"Abbiamo creato una risorsa potente per gli scienziati che desiderano esplorare i materiali quantistici, uno che prevediamo produrrà ricerche rivoluzionarie in questo campo, " disse Pietra.

SNS è una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. UT-Battelle LLC gestisce ORNL per il DOE Office of Science. L'Office of Science è il più grande sostenitore della ricerca di base nelle scienze fisiche negli Stati Uniti e sta lavorando per affrontare alcune delle sfide più urgenti del nostro tempo.