Kryogenfreier Mischkryostat mit 14T-Magnet für Hochfeldstudien von Quantenmaterialien

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526077788

Quantenmaterialien sind neuartige Systeme, die in Laboratorien entwickelt wurden und ausreichend starke elektronische Wechselwirkungen aufweisen, um Quantenphänomene wie Supraleitung, korrelierte Isolierzustände und Magnetismus mit enormen technologischen Anwendungen darzustellen. Diese Phänomene treten auf, wenn die elektronische Wechselwirkung die thermischen Schwankungen des Systems dominiert, also bei Millikelvin-Temperaturen. Experimentell werden diese Temperaturen in Verdünnungskälteanlagen erreicht. Daher streben wir an, die experimentellen Möglichkeiten der LMU um einen solchen Verdünnungskühler zu erweitern, der eine Basistemperatur von 10 mK (und eine Stabilität unter 5 mK) erreichen kann und mit einem supraleitenden 14-T-Magneten ausgestattet ist. Dieses System, das im derzeitigen Apparat der LMU fehlt, wird der Untersuchung dieser Quantenmaterialien gewidmet sein. Diese Akquisition ist von größter Bedeutung, um unserer Institution und genauer gesagt ihrem Lehrstuhl für Festkörperphysik eine wettbewerbsfähige Position zu diesem aktuellen Thema zu sichern. Das ultrahohe 14T-Magnetfeld wird es uns ermöglichen, eine neue quantisierende Energieskala in das Material einzuführen und so die elektronische Wechselwirkung abzustimmen. Insbesondere wird dieses Feld hoch genug sein, um alle elektronischen Ladungsträger einer Vielzahl von Quantenmaterialien auf einem einzigen Energieniveau zu verdichten, wodurch das elektronische Spektrum analog zu einem eindimensionalen System wird, das sehr empfindlich auf Störungen reagiert. Das Erreichen dieser Ultraquantengrenze ermöglicht die Entstehung neuartiger Phänomene wie Ladungs-/Spindichtewellen und Quanten-Hall-Effekt. Damit eröffnet dieses Kühlsystem völlig neue Forschungsachsen an der LMU. Wir werden die elektronische Reaktion auf die Temperatur- und Feldbeschränkungen durch 48 hochgefilterte DC-Übertragungsleitungen untersuchen, die zur Unterdrückung der elektromagnetischen Erwärmung der Elektronen mit einem in unseren Messaufbau integrierten Ausgang aus einer Reihe von DC-Vorverstärkern und Lock-in-Verstärkern ausgelegt sind. Der zusätzliche Probenrotator erweitert den Arbeitsbereich, wodurch das Magnetfeld in Bezug auf die Probenoberfläche beliebig angelegt werden kann. Der schnelle Lademechanismus ist entscheidend, um unsere Nutzung dieses Systems zu optimieren, indem die Ladezeiten stark verkürzt werden. Schließlich möchten wir ein kryogenfreies System kaufen, sowohl wegen seiner einfachen Handhabung, da wir planen, den Zugang zu den Geräten über mehrere Lehrstühle der LMU und der Munich Quantum Valley-Initiative hinweg zu ermöglichen, als auch wegen der langfristigen Einsparungen Genehmigungen angesichts der ständig steigenden Preise für flüssiges Helium.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogenfreier Mischkryostat mit 14T-Magnet für Hochfeldstudien von Quantenmaterialien
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiter: Professor Dr. Dmitri K. Efetov