Cryogen-free dilution refrigerator with 14T magnet for high-field studies of quantum materials

带 14T 磁铁的无制冷剂稀释制冷机,用于量子材料的高场研究

基本信息

  • 批准号:
    526077788
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Major Research Instrumentation
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2022-12-31 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Quantum materials are novel systems, engineered in laboratories, which host strong enough electronic interactions to display quantum phenomena such as superconductivity, correlated insulating states and magnetism with tremendous technological applications. These phenomena emerge when the electronic interaction dominate over the thermal fluctuations of the system, i.e. at milliKelvin temperatures. Experimentally, these temperatures are reached in dilution refrigerator systems. Consequently, we aim to add such a dilution refrigerator, capable of a base temperature of 10 mK (and stability below 5mK) and equipped with a 14T superconducting magnet, to the LMU’s experimental capabilities. This system, absent from the current apparatus of the LMU, will be dedicated to the study of said quantum materials. This acquisition is paramount to secure a competitive position for our institution, and more precisely its Chair of Solid State Physics, on this timely subject. The ultra-high 14T magnetic field will allow us to introduce a new quantizing energy scale to the material, and thus to tune the electronic interaction. In particular, this field will be high enough to condense all the electronic carriers of a variety of quantum materials into a single energy level, causing the electronic spectrum to become analogous to a one-dimensional system which is highly sensitive to pertubations. Attaining this ultra-quantum limit permits the emergence of novel phenomena such as charge/spin density waves and quantum Hall effect. This refrigerator system will thus open completely new axis of research at the LMU. We will probe the electronic response to the temperature and field constraints through 48 highly-filtered DC transmission lines designed to suppress electromagnetic heating of the electrons with an output integrated in our measurement setup made of an array of DC pre-amplifiers and lock-in amplifiers. The additional sample rotator will expand the operational area, whereby the magnetic field can be applied arbitrary with respect to the sample surface. The fast loading mechanism is crucial to optimize our usage of this system by greatly reducing loading times. Finally, we wish to buy a cryogen-free system both for its simplicity of usage, as we plan to grant access to the equipment across several chairs of the LMU as well as the Munich Quantum Valley initiative, and for the long-term economies it permits in light of the ever increasing price of liquid helium.
量子材料是新型系统,由实验室设计,它具有足够强大的电子相互作用,以显示量子现象,例如超导性,相关的绝缘状态和磁性,并具有巨大的技术应用。当电子相互作用在系统的热波动(即Millikelvin温度下)占主导地位时,这些现象出现。在实验上,在稀释冰箱系统中达到这些温度。因此,我们的目标是将这种稀释冰箱的基础温度(稳定性低于5MK),并配备了14T超导磁铁,并将其用于LMU的实验能力。该系统不在当前LMU的设备中,将专门用于对上述量子材料的研究。此次收购对于确保我们机构的竞争地位至关重要,更确切地说是其固定性物理学主席。超高的14T磁场将使我们能够向材料引入新的量化能量表,从而调整电子相互作用。特别是,该领域将足够高,可以将各种量子材料的所有电子载体凝结到单个能级中,从而导致电子光谱与对抗性高度敏感的一维系统相似。达到这种超量子限制允许新现象的出现,例如电荷/自旋密度波和量子大厅效应。因此,该冰箱系统将在LMU上打开全新的研究轴。我们将通过48个高过滤的直流传输线探测对温度和场约束的电子响应,旨在抑制电子的电磁加热,并通过在我们的测量设置中集成了由DC前放大器和锁定放大器制成的测量设置中的输出。额外的样品旋转器将扩大操作区域,从而相对于样品表面进行任意应用磁场。快速加载机制对于通过大幅减少加载时间来优化我们对该系统的使用至关重要。最后,我们希望以简单的使用来购买无低温系统,因为我们计划允许LMU的多个椅子以及慕尼黑量子谷倡议允许对设备的使用,以及对于液体氦气不断上涨的长期经济。

项目成果

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