Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне

Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum Berlin разработала новый метод измерения, который впервые точно определяет крошечную разницу температур в диапазоне 100 микрокельвинов в тепловом эффекте Холла.

Ранее эти температурные различия нельзя было измерить количественно из-за теплового шума. На примере хорошо известного титаната тербия команда продемонстрировала, что новый метод обеспечивает высоконадежные результаты.

Тепловой эффект Холла дает информацию о когерентных многочастичных состояниях в квантовых материалах, основанных на их взаимодействии с колебаниями решетки (фононами).

Законы квантовой физики применимы ко всем материалам. Однако в так называемых квантовых материалах эти законы приводят к появлению поистине необычных свойств. Например, магнитные поля или изменения температуры могут вызывать возбуждения, коллективные состояния или квазичастицы, которые сопровождаются фазовыми переходами в экзотические состояния. При условии понимания, управления и контроля эти свойства можно использовать по-разному: Например, в будущих информационных технологиях, способных хранить или обрабатывать данные с минимальными затратами энергии.

Тепловой эффект Холла (ТЭХ) играет ключевую роль в выявлении экзотических состояний в конденсированном веществе. Эффект основан на крошечной поперечной разнице температур, возникающей при пропускании теплового тока через образец и приложении перпендикулярного магнитного поля. В частности, количественное измерение теплового эффекта Холла позволяет отделить экзотические возбуждения от обычного поведения.

Тепловой эффект Холла наблюдается в самых разных материалах, включая спиновые жидкости, спиновый лед, родительские фазы высокотемпературных сверхпроводников и материалы с сильно полярными свойствами. Однако тепловые различия, возникающие перпендикулярно градиенту температуры в образце, чрезвычайно малы: в типичных образцах миллиметрового размера они находятся в диапазоне от микрокельвинов до милликельвинов. До сих пор было трудно обнаружить эти тепловые различия экспериментально, поскольку тепло, вносимое измерительной электроникой и датчиками, маскирует этот эффект.

Новый держатель для образцов

Команда под руководством доктора философии Клауса Хабихта провела новаторскую работу. Совместно со специалистами из отдела образцов HZB они разработали новый держатель образцов с модульной структурой, который можно вставлять в различные криомагниты. Головка образца измеряет тепловой эффект Холла с помощью емкостной термометрии. При этом используется температурная зависимость емкости специально изготовленных миниатюрных конденсаторов.

С помощью этой установки экспертам удалось значительно снизить теплопередачу через датчики и электронику, а также ослабить помехи и шумы с помощью нескольких инноваций. Для проверки метода измерения они проанализировали образец титаната тербия, теплопроводность которого в различных направлениях кристалла под действием магнитного поля хорошо известна. Измеренные данные оказались в отличном согласии с литературными данными.

Дальнейшее совершенствование метода измерения

Возможность определения разницы температур в субмилликельвиновом диапазоне меня очень восхищает и является ключом к более детальному изучению квантовых материалов, — говорит первый автор работы доктор Дэнни Койда.

Мы совместно разработали сложную экспериментальную схему, четкие протоколы измерений и точные процедуры анализа, которые позволяют проводить измерения с высоким разрешением и воспроизводимостью.

Руководитель отдела Клаус Хабихт добавляет:

Наша работа также дает информацию о том, как еще больше улучшить разрешение в будущих приборах, рассчитанных на низкие температуры образцов. Я хотел бы поблагодарить всех, кто принимал участие в работе, особенно команду по работе с образцами. Я надеюсь, что экспериментальная установка будет прочно интегрирована в инфраструктуру HZB и предложенные обновления будут реализованы.

Перспективы: Топологические свойства фононов

Теперь группа Хабихта будет использовать измерения теплового эффекта Холла для изучения топологических свойств колебаний решетки или фононов в квантовых материалах.

Микроскопические механизмы и физика процессов рассеяния для теплового эффекта Холла в ионных кристаллах еще далеко не полностью изучены. Волнующий вопрос заключается в том, почему электрически нейтральные квазичастицы в немагнитных изоляторах, тем не менее, отклоняются в магнитном поле, — говорит Хабихт.

С помощью нового прибора команда создала предпосылки для ответа на этот вопрос.

17.01.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса