Una recente serie di esperimenti presso il National High Magnetic Field Laboratory (National MagLab) presso il Los Alamos National Laboratory ha sfruttato alcuni dei magneti non distruttivi più potenti della nazione per rivelare una nuova fase esotica della materia ad alti campi magnetici. Gli esperimenti hanno studiato l'insolito isolante Kondo ytterbium dodecaboride (o YbB12) e sono stati i primi risultati del nuovo magnete duplex da 75 tesla ospitato presso il National MagLab's Pulsed Field Facility a Los Alamos.

"Questo magnete e gli esperimenti risultanti sono i primi frutti dell'ondata di magneti pulsati supportata dalla National Science Foundation, " ha detto Michael Rabin, direttore del Pulsed Field Facility a Los Alamos. "L'impennata sta creando nuove capacità scientifiche nell'intervallo 75-85 tesla, portando alla fine a un portafoglio ampliato di alcuni dei più potenti campi magnetici non distruttivi al mondo".

Ricercatori dell'Università del Michigan, L'Università di Kyoto e Los Alamos hanno condotto la ricerca, pubblicato la scorsa settimana in Fisica della natura .

Negli isolanti Kondo, c'è un'insolita miscela quanto-meccanica di elettroni mobili e atomi magnetici, rendendo questi materiali attraenti come sistemi modello per la scienza di base, dispositivi elettronici, e possibilmente informatica quantistica. A differenza dei semplici metalli e degli isolanti, YbB12 presenta proprietà di entrambi:la sua resistenza elettrica si comporta come quella di un isolante, ma mostra anche chiaramente le oscillazioni quantistiche ad alti campi magnetici che sono una proprietà metallica fondamentale.

"Una pletora di teorie è emersa per spiegare tale comportamento, " ha detto John Singleton, un collega al campus di Los Alamos del MagLab e coautore del documento. "Alcuni fisici credono che questa sia un'incarnazione di materia condensata di fermioni neutri di Majorana, entità normalmente esplorate nella fisica delle particelle."

Per testare queste teorie, il team di ricerca ha voluto osservare come i fermioni neutri che hanno trovato in YbB12 hanno risposto a condizioni estreme. Gli alti campi magnetici nel nuovo magnete duplex da 75 tesla disponibile presso il National MagLab's Pulsed Field Facility sono stati usati per sopprimere le proprietà isolanti di YbB12 e misurare le oscillazioni quantistiche e varie proprietà che sono influenzate dalla presenza dei fermioni neutri.

"I 10 tesla in più sopra i nostri magneti pulsati standard forniti dal magnete duplex hanno permesso a questo nuovo stato della materia - fermioni esotici che vengono gradualmente annegati in un mare di elettroni normali - di essere tracciati per la prima volta attraverso un'ampia gamma di campi magnetici, " ha affermato Singleton. Ciò ha confermato che i fenomeni osservati erano sicuramente associati ai fermioni neutri e ha fornito una verifica dei vari modelli teorici.

Il magnete duplex è il risultato di un "impulso di magnete" dell'impianto di campo pulsato supportato dalla National Science Foundation. Lo scopo dell'ondata è quello di creare nuove e ampliate capacità scientifiche nella gamma 75-85 tesla. Il sistema di magneti duplex è a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo per condurre i propri esperimenti, e un magnete duplex da 85 tesla e la tecnologia di supporto necessaria sono in fase di sviluppo.

Questi nuovi magneti a impulsi sono alimentati esclusivamente da banchi di condensatori senza fare affidamento sul generatore di Los Alamos che alimenta il magnete da 100 tesla molto più grande. Il generatore è attualmente offline per riparazioni e manutenzione, quindi i magneti della sovratensione riempiono un'importante lacuna per la fisica della materia condensata nei campi magnetici elevati.

I nuovi magneti sono chiamati magneti duplex perché sono costituiti da due bobine di elettromagneti concentriche (solenoidi) che sono alimentate indipendentemente da moduli di batteria di condensatori separati. Quando il generatore è di nuovo online, la tecnologia sviluppata dal magnete pulsato sarà combinata con i più grandi magneti di Los Alamos per espandere ulteriormente le capacità scientifiche del MagLab.