Une récente série d'expériences au National High Magnetic Field Laboratory (National MagLab) du Laboratoire national de Los Alamos a utilisé certains des aimants non destructifs les plus puissants du pays pour révéler une nouvelle phase exotique de la matière à des champs magnétiques élevés. Les expériences ont étudié l'isolant inhabituel de Kondo, le dodécaboride d'ytterbium (ou YbB12) et ont été les premiers résultats du nouvel aimant duplex de 75 teslas logé à l'installation de champ pulsé du National MagLab à Los Alamos.

"Cet aimant et les expériences qui en résultent sont les premiers fruits de la surtension magnétique pulsée soutenue par la National Science Foundation, " a déclaré Michael Rabin, directeur du Pulsed Field Facility à Los Alamos. « La montée subite crée de nouvelles capacités scientifiques dans la gamme 75-85 tesla, menant finalement à un portefeuille élargi de certains des champs magnétiques non destructifs les plus puissants au monde. »

Des chercheurs de l'Université du Michigan, L'Université de Kyoto et Los Alamos ont mené la recherche, publié la semaine dernière dans Physique de la nature .

Dans les isolateurs Kondo, il y a un mélange quantique inhabituel d'électrons mobiles et d'atomes magnétiques, rendre ces matériaux attractifs en tant que systèmes modèles pour la science fondamentale, appareils électroniques, et éventuellement l'informatique quantique. Contrairement aux métaux simples et aux isolants, YbB12 présente les propriétés des deux :sa résistance électrique se comporte comme celle d'un isolant, mais il montre aussi clairement des oscillations quantiques à des champs magnétiques élevés qui sont une propriété métallique fondamentale.

"Une pléthore de théories a émergé pour expliquer un tel comportement, " dit John Singleton, membre du campus de Los Alamos du MagLab et co-auteur de l'article. "Certains physiciens pensent qu'il s'agit d'une incarnation de matière condensée de fermions neutres de Majorana, entités normalement explorées en physique des particules.

Pour tester ces théories, l'équipe de recherche a voulu observer comment les fermions neutres qu'ils ont trouvés dans YbB12 répondaient à des conditions extrêmes. Les champs magnétiques élevés dans le nouvel aimant duplex de 75 teslas disponible à l'installation de champ pulsé du National MagLab ont été utilisés pour supprimer les propriétés isolantes de YbB12 et mesurer les oscillations quantiques et diverses propriétés qui sont affectées par la présence des fermions neutres.

"Les 10 teslas supplémentaires au-dessus de nos aimants pulsés standard fournis par l'aimant duplex ont permis à ce nouvel état de la matière - les fermions exotiques se noient progressivement dans une mer d'électrons normaux - d'être suivis pour la première fois sur une large gamme de champs magnétiques, " a déclaré Singleton. Cela a confirmé que les phénomènes observés étaient bien associés aux fermions neutres et a fourni un test des différents modèles théoriques.

L'aimant duplex est le résultat d'une "surtension magnétique" de l'installation de champ pulsé soutenue par la National Science Foundation. Le but de cette augmentation est de créer de nouvelles capacités scientifiques étendues dans la gamme 75-85 teslas. Le système d'aimants duplex est à la disposition des chercheurs du monde entier pour mener leurs propres expériences, et un aimant duplex de 85 teslas et la technologie de soutien nécessaire sont en cours de développement.

Ces nouveaux aimants pulsés sont alimentés uniquement par des batteries de condensateurs sans dépendre du générateur Los Alamos qui alimente l'aimant beaucoup plus grand de 100 teslas. Le générateur est actuellement hors ligne pour les réparations et l'entretien, ainsi, les aimants de la surtension comblent un vide important pour la physique de la matière condensée dans des champs magnétiques élevés.

Les nouveaux aimants sont appelés aimants duplex car ils sont constitués de deux bobines d'électro-aimants concentriques (solénoïdes) qui sont alimentées indépendamment par des modules de batterie de condensateurs séparés. Lorsque le générateur est de nouveau en ligne, La technologie développée par la surtension magnétique pulsée sera combinée avec les plus gros aimants de Los Alamos pour étendre davantage les capacités scientifiques du MagLab.