Método Revolucionario Abre una Nueva Ventana al Mundo Cuántico.
Los avances innovadores en una nueva varilla de muestra, que incluye un soporte de muestra avanzado, ofrecen la capacidad de realizar mediciones de temperatura extremadamente precisas. Estos avances fueron encabezados por D. Kojda/HZB
Un equipo de científicos del HZB ha revelado un enfoque revolucionario para detectar con precisión pequeñas fluctuaciones de temperatura, tan pequeñas como 100 microkelvin, dentro del efecto Hall térmico, abordando restricciones anteriores planteadas por la interferencia térmica. Mediante su aplicación al titanato de terbio, los investigadores ilustraron el poder de esta herramienta para producir resultados fiables y reproducibles. Desentrañar el efecto Hall térmico proporciona información sobre los comportamientos de los estados colectivos de múltiples partículas en materiales cuánticos, especialmente sus interacciones con vibraciones de red o fonones.
Todos los materiales se rigen por las leyes de la física cuántica y los materiales cuánticos exhiben algunas propiedades bastante únicas como resultado de estas leyes. Por ejemplo, las alteraciones de temperatura o los campos magnéticos pueden estimular excitaciones, estados colectivos o cuasipartículas marcadas por transiciones de fase a distintos estados. La comprensión, gestión y control de estas propiedades puede permitir su aplicación en futuras tecnologías de la información que exijan un consumo mínimo de energía para manejar o almacenar datos.
El Efecto Hall Térmico (THE) es crucial en la identificación de estados únicos en la materia condensada. Se basa esencialmente en pequeñas diferencias de temperatura laterales que aparecen cuando se canaliza una corriente térmica a través de una muestra y se aplica un campo magnético perpendicular. Además, la observación cuantitativa del efecto Hall térmico ayuda a diferenciar entre excitaciones inusuales y comportamiento normal.
El efecto Hall térmico es evidente en un amplio espectro de materiales, incluidos líquidos de espín, hielo de espín, fases originales de superconductores de alta temperatura y materiales con propiedades enormemente polares. Sin embargo, las diferencias térmicas extraordinariamente pequeñas que ocurren perpendicularmente al gradiente de temperatura de la muestra siempre han planteado un desafío para detectar experimentalmente. Normalmente, en muestras de tamaño milimétrico, varían desde microkelvins hasta milikelvins. La entrada de calor procedente de circuitos de medición y sensores suele ocultar el efecto.
El trabajo pionero dirigido por el PD Dr. Klaus Habicht, junto con los especialistas en entornos de muestras de HZB, ha dado como resultado la creación de una varilla de muestra revolucionaria que se puede insertar en una variedad de crioimanes, debido a su estructura modular. El cabezal de muestra mide el efecto Hall térmico mediante termometría capacitiva, aprovechando la dependencia de la temperatura de la capacitancia de condensadores en miniatura especialmente fabricados. El equipo logró minimizar notablemente la transferencia de calor a través de sensores y componentes electrónicos, y disminuir el ruido y las señales de interferencia. Esto se consolidó analizando una muestra de titanato de terbio.
El Dr. Danny Kojda, el primer autor, comparte su fascinación por la capacidad de resolver diferencias de temperatura dentro del rango submilikelvin, y la destaca como clave para promover el estudio de materiales cuánticos. Él atribuye su éxito al desarrollo de un diseño experimental refinado acompañado de protocolos de medición claros y procedimientos de análisis precisos que facilitan mediciones reproducibles y de alta precisión. El jefe del departamento, Klaus Habicht, expresa su intención de seguir mejorando la resolución en futuros instrumentos de baja temperatura de muestra y su esperanza de que esta configuración experimental se integre en la infraestructura HZB con las actualizaciones previstas introducidas.
El grupo de Habicht ahora se propone utilizar mediciones térmicas del efecto Hall para estudiar las propiedades topológicas de los fonones en materiales cuánticos. Habicht expresó que la comprensión completa de los mecanismos microscópicos y la física de los procesos de dispersión del efecto Hall térmico en cristales iónicos sigue siendo difícil de alcanzar y sigue siendo interesante comprender por qué las cuasipartículas eléctricamente neutras en aisladores no magnéticos se desvían en el campo magnético.
