美国能源部AMES实验室开发出测量超导和磁性材料磁性的新方法

图片来源：美国能源部Ames实验室

在接近绝对零温度的磁场中测量超导材料的性能非常困难，但是了解它们的量子特性是非常必要的绝对零多低呢？要低于0.05开尔文（-272°C）。

美国能源部艾美斯实验室的物理学家Ruslan Prozorov说：“对于许多现代（量子）材料来说，要正确研究其量子力学行为的详细细节，你需要有足够的耐心，研发出专门测量这些性能的、能实现超低温的仪器。”

Ames实验室的Prozorov和他的研究团队发现了一种测量超导和磁性材料磁性的方法——材料在超低温高磁场的环境中会表现出不寻常的量子行为。 该方法可用于研究量子临界行为、超导机制、磁阻抗和材料中的相变，而且最初的许多实验都是在Ames实验室完成。

他们将隧道二极管谐振器(一种用于精确测量磁性质的射频仪器)放入稀释冰箱(一种能够将样品冷却到毫米开尔文温度范围的低温设备)中。虽然以前已经做到了这一点，但是以前的工作无法应用大的静态磁场，而静态磁场对于量子材料的研究至关重要。

Prozorov的团队致力于克服维持高分辨率磁测量的技术难题，同时实现低至0.05 K的超低温和高达14特斯拉的磁场。当团队在洛斯阿拉莫斯国家实验室进行实验时，实验室已经拥有了非常高的磁场（60T）电路。

Prozorov说：“第一次安装稀释冰箱时，大家开玩笑说，我们是爱荷华州温度最低的实验室。但这么做并不是为了好玩，我们需要确定到底能达到多少的低温，因为材料的许多不寻常量子特性只有在极低温度下才能被发现。”

Prozorov的研究小组研究了几种非传统超导体中的配对对称性，绘制了具有场致量子临界行为系统的复杂相图，最近，他们还发现了自旋冰系统的不寻常性质。Prozorov说：“如果没有超低温高磁场设备，这一切都不可能办到。”