Meldung als pdf - Pressestelle der Universität Augsburg
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UniPressedienst Verantwortlich: PressestellederUniversitätAugsburg KlausP.Prem,MichaelHallermayer 86135Augsburg Telefon0821/598-2094 [email protected] [email protected] www.presse.uni-augsburg.de 123/16–12.September2016 Aktuellin„ScienceAdvances“: Mitsuper-schwerenElektronenzumabsoluten Nullpunkt NeuentwickeltesQuantenmaterialermöglichtdeutlicheffizientere Entmagnetisierungskühlung Augsburg/PhG/KPP–UmsehrtiefeTemperaturenknappüberdemabsolutenNullpunktbei −273.16°Czuerzeugen,werdenmagnetischeMaterialienadiabatisch,alsoohneWärmeaustausch mitderUmgebung,durchAbschaltungeinesäußerenMagnetfeldsentmagnetisiert.Bislang kommenhierzuverdünntemagnetischeSalzezumEinsatz.ForscherausAugsburg,Göttingen, KyotoundvonderIowaStateUniversityberichtenin„ScienceAdvances“übereinevonihnen entwickelteneuemetallischeVerbindungmitsuper-schwerenElektronen,derenKühleffizienz diejenigederbeideradiabatischenEntmagnetisierungbisherverwendetenmagnetischenSalze signifikantübersteigt. InderGrundlagenforschungwerdensehrtiefeTemperaturenbenötigt,umneuartige QuanteneigenschaftenvonMaterialienzuuntersuchenoderempfindlicheTeilchendetektorenzu betreiben.Meistwirddassehrseltene3-He-GasalsKühlmittelverwendet.Esweistden niedrigstenSiedepunktallerStoffeauf,istabersehrteuer.SeinPreishatsichinderletzten Dekademehralsverzehnfacht. Gängig:dieabiabatischeEntmagnetisierungmagnetischerSalze EinepreisgünstigeundunkomplizierteAlternativezu3-He-GasistdasKühlverfahrender adiabatischenEntmagnetisierung.HierdienenzumKühlenmagnetischeSalze,derenMomente nursehrschwachwechselwirken,sodasssiesichohneMagnetfelderstbeiganztiefen Temperaturenregelmäßiganordnen,wohingegensiesichdurcheinangelegtesMagnetfeldauch beihöherenTemperaturenausrichtenlassen.DasMaßfürdieUnordnungbzw.NichtAnordnungderMomenteineinemMaterialistdiesog.Entropie.UmdieEntropiederbeider adiabatischenEntmagnetisierungalsKühlsubstanzverwendetenmagnetischenSalzesoweit UPD123/16,Seite1von3 wiemöglichzusenken,wirdsiehierineinemerstenArbeitsschrittdurchAnlegeneines Magnetfeldsstarkreduziert.AnschließendwirddasFeldadiabatisch,alsoohne WärmeaustauschmitderUmgebung,wiederherausgefahren,umdieEntropiekonstantund somitalsosehrniedrigzuhalten.DadieseniedrigeEntropienachHerausfahrendesMagnetfelds sehrtiefeTemperaturenvoraussetzt,kühlensichdiemagnetischenSalzebeidiesemProzess nunstarkab,umdiebenötigtensehrtiefenTemperaturenzuerreichen. SignifikanteVerbesserungdesWirkungsgrads KommerzielleEntmagnetisierungskühler,dienachdiesemPrinzipfunktionieren,verwenden bislangverdünntemagnetischeSalze.DerenWärmeleitfähigkeitistjedochsoschlecht,dasssie ineinfeinesGeflechtausMetalldrähteneingebrachtwerdenmüssen,wasdenWirkungsgraddes KühlstoffsproVolumenerheblichreduziert.HiersetztendieAugsburgerPhysikerundihre KollegenvonderUniversitätGöttingen,derKyotoUniversityundderIowaStateUniversity, Ames,an:MitderEntwicklungderneuenmagnetischenmetallischenLegierung(Yb1xScx)Co2Zn20istesihnengelungen,dieVoraussetzungfüreinesignifikanteVerbesserungdes WirkungsgradsderEntmagnetisierungskühlungzuschaffen. NormalerweisetrittbeimAbkühlenmagnetischerMetalleentwedermagnetischeOrdnungauf oderdiemagnetischenMomentewerdendurchdieLeitungselektronenabgeschirmtunddamit unwirksam.Beidesbewirkt,dassdieEntropiebereitsbeihoherTemperaturstarkreduziertist, waseineEntmagnetisierungskühlungzutiefenTemperaturenunmöglichmacht.„UnserZielwar esdeshalb,beideEffektezuverhindern,umerstmalsmiteinemmagnetischenMetalleine effektiveEntmagnetisierungskühlungzuerreichen“,soProf.Dr.PhilippGegenwart,der AugsburgerLeiterdesForschungsprojekts. Ausbildungsuper-schwererElektronenbeisehrtiefenTemperaturen Dasneuentwickelte(Yb1-xScx)Co2Zn20bringtdieVoraussetzungenmit,umdieseEigenschaftzu erfüllen:ImStruktur-Schaubildistzuerkennen,dassindieserLegierungdiemagnetischenYbMomentevonKäfigenausZn-Atomenumgebensind.DieseAnordnungistentscheidend:Sie erschwerteinerseitsdieAbschirmungdermagnetischenMomentedurchLeitungselektronen, andererseitsaberauchdiemagnetischeOrdnungderMomente.HierdurchbildensichsuperschwereElektronenbeisehrtiefenTemperaturenaus.EineleichteVerdünnungderYb-Plätze durchnicht-magnetischeSc-Atomebewirkt,dassOrdnunggeradeamabsolutenNullpunkt einsetzt.Dieser„QuantenkritischePunkt“imoptimiertenMaterialermöglichtesimPrinzip,bis zumabsolutenNullpunktzukühlen. Sogarbisunter0.03K Diesoebenin„ScienceAdvances“publiziertenDatenzeigen,dasssichdievonGegenwartund seineminternationalenTeamentwickelteneueVerbindungbeideradiabatischen EntmagnetisierungwährenddesHerausfahrensdesMagnetfeldsextremstarkabkühlt–sogar bisunterdieimVersuchsaufbautiefstemessbareTemperaturvon0.03K.Kühleffizienzund UPD123/16,Seite2von3 WärmeleitfähigkeitdesneuenMaterialssinddamitsignifikantbesseralsbeidenbislang verwendetenmagnetischenSalzen.DassdasneuentwickelteMaterialvongroßemInteresseist, wennesumdieVerbesserungvonKühlapparaturenbeisehrtiefenTemperaturengeht,liegt alsoaufderHand. Publikation: Y.Tokiwa,B.Piening,H.S.Jeevan,S.L.Bud’ko.P.C.Canfield,P.Gegenwart,Super-heavyelectron materialasmetallicrefrigerantforadiabaticdemagnetizationcooling.Sci.Adv.2,e1600835 (2016). EnglischsprachigeVersiondieserPressemitteilung: http://idw-online.de/de/news658845 Ansprechpartner: Prof.Dr.PhilippGegenwart LehrstuhlfürExperimentalphysikVI/EKM InstitutfürPhysik/ZentrumfürElektronischeKorrelationenundMagnetismus UniversitätAugsburg 86135Augsburg Telefon+49(0)821/598-3650 [email protected] UPD123/16,Seite3von3
