En prenant comme exemple le célèbre titanate de terbium, l’équipe a démontré que la méthode donne des résultats très fiables. L#39effet Hall thermique fournit des informations sur les états cohérents de plusieurs particules dans les matériaux quantiques, en fonction de leur interaction avec les vibrations du réseau (phonons).
- Une nouvelle méthode de mesure détecte des différences de température minuscules dans l'effet Hall thermique
- Un nouveau porte-échantillon modulaire permet une réduction significative du bruit et des interférences
- L'équipe utilisera cette méthode pour étudier les propriétés topologiques des phonons dans les matériaux quantiques
Une équipe de HZB a développé une nouvelle méthode de mesure qui, pour la première fois, détecte avec précision de minuscules différences de température de l#39ordre de 100 microkelvins dans l#39effet Corridor thermique. Auparavant, ces différences de température ne pouvaient pas être mesurées quantitativement en raison du bruit thermique. En prenant comme exemple le célèbre titanate de terbium, l’équipe a démontré que la méthode donne des résultats très fiables. L#39effet Hall thermique fournit des informations sur les états cohérents de plusieurs particules dans les matériaux quantiques, en fonction de leur conversation avec les vibrations du réseau (phonons).
Les lois de la physique quantique s#39appliquent à tous les matériaux. Or, dans les matériaux dits quantiques, ces lois donnent naissance à des propriétés particulièrement inhabituelles. Par exemple, les champs magnétiques ou les changements de température peuvent provoquer des excitations, des états collectifs ou des quasiparticules accompagnés de transitions de section vers des états exotiques. Ceci peut être utilisé de différentes manières, à issue qu#39il puisse être compris, géré et contrôlé : par exemple, dans les futures technologies de l#39information and facts qui pourront stocker ou traiter des données avec une consommation d#39énergie minimale.
L#39effet Corridor thermique (THE) joue un rôle clé dans l#39identification des états exotiques dans la matière condensée. L’effet est basé sur de minuscules différences de température transversales qui se produisent lorsqu’un courant thermique traverse un échantillon et qu’un champ magnétique perpendiculaire est appliqué. En particulier, la mesure quantitative de l#39effet Hall thermique permet de séparer les excitations exotiques du comportement conventionnel. L#39effet Corridor thermique est observé dans divers matériaux, notamment les liquides de spin, la glace de spin, les phases parentales de supraconducteurs à haute température et les matériaux aux propriétés fortement polaires. Cependant, les différences thermiques qui se produisent perpendiculairement au gradient de température dans l’échantillon sont extrêmement faibles : dans les échantillons typiques de taille millimétrique, elles se situent dans la plage des microkelvins aux millikelvins. Jusqu’à présent, il était difficile de détecter expérimentalement ces différences de chaleur, auto la chaleur introduite par l’électronique de mesure et les capteurs masquait l’effet.
Un nouveau porte-échantillon
L#39équipe dirigée par le PD Dr Klaus Habicht a désormais réalisé un travail de pionnier. En collaboration avec des spécialistes de l#39environnement des échantillons HZB, ils ont développé une nouvelle tige d#39échantillon avec une framework modulaire qui peut être insérée dans divers cryo-aimants. La tête d#39échantillon mesure l#39effet Corridor thermique à l#39aide de la thermométrie capacitive. Cela tire parti de la dépendance à la température de la capacité de condensateurs miniatures spécialement fabriqués. Grâce à cette configuration, les specialists ont réussi à réduire considérablement le transfert de chaleur via les capteurs et l#39électronique, et à atténuer les signaux d#39interférence et le bruit grâce à plusieurs innovations. Pour valider la méthode de mesure, ils ont analysé un échantillon de titanate de terbium, dont la conductivité thermique dans différentes instructions cristallines sous champ magnétique est bien connue. Les données mesurées étaient en excellent accord avec la littérature.
Poursuite de l#39amélioration de la méthode de mesure
« La capacité à résoudre les différences de température dans la plage inférieure au millikelvin me fascine grandement et constitue une clé pour étudier les matériaux quantiques in addition en détail », déclare le premier auteur, le Dr Danny Kojda. « Nous avons désormais développé conjointement un modèle expérimental sophistiqué, des protocoles de mesure clairs et des procédures d#39analyse précises qui permettent des mesures haute résolution et reproductibles. » Le chef du département, Klaus Habicht, ajoute : « Notre travail fournit également des informations sur la manière d#39améliorer encore la résolution des futurs instruments conçus pour les basses températures d#39échantillon. Je voudrais remercier toutes les personnes impliquées, en particulier l#39équipe chargée de l#39environnement des échantillons. J#39espère que l#39installation expérimentale sera fermement intégré dans l#39infrastructure du HZB et que les mises à niveau proposées seront mises en œuvre.
Outlook : Propriétés topologiques des phonons
Le groupe de Habicht utilisera désormais les mesures de l#39effet Corridor thermique pour étudier les propriétés topologiques des vibrations de réseau ou des phonons dans les matériaux quantiques. « Les mécanismes microscopiques et la physique des processus de diffusion de l#39effet Hall thermique dans les cristaux ioniques sont loin d#39être entièrement compris. La issue passionnante est de savoir pourquoi les quasiparticules électriquement neutres dans les isolants non magnétiques sont néanmoins déviées dans le champ magnétique », explique Habicht.. Avec le nouvel instrument, l’équipe a désormais créé les situations préalables pour répondre à cette problem.
