Ett forskarlag inklusive professorn Martin Mourigal vid Georgia Institute of Technology använde neutronspridning vid Oak Ridge National Laboratory för att studera kopparelpasolit, ett mineral som kan drivas till ett exotiskt magnetiskt tillstånd när det utsätts för mycket låga temperaturer och ett högt magnetfält.

En bättre förståelse av mineralets magnetiska moment och de associerade kvantkoherenseffekterna kan leda till nya tillämpningar inom spintroniska enheter och kvantberäkningsteknologier.

"Att studera magnetiska materials beteende under extrema förhållanden som mycket låga temperaturer och höga magnetfält är viktigt för att få en bättre grundläggande förståelse av kvantmaterial, och att skriva den grundläggande ordboken som relaterar deras mikroskopiska struktur till egenskaper i mänsklig skala, sa Mourigal.

För att avslöja materialets magnetiska struktur, teamet använde instrumenten Neutron Powder Diffractometer och Polarized Triple Axis Spectrometer vid ORNL:s High Flux Isotope Reactor - en DOE Office of Science User Facility.

Neutroner är väl lämpade för att undersöka magnetiska material med tanke på deras känslighet för organisationen och dynamiken i elektronernas snurr i mikroskopisk skala.

"Målet med detta experiment var att förstå den magnetiska strukturen hos materialet under dess 700 mK [milllikelvins] övergång, " förklarade Mourigal. "Vi vet att spins pratar med varandra, men vi vet inte vilket organiserat mönster de kollektivt väljer eller varför."

Forskarna, leds av projektledaren Art Ramirez vid University of California, Santa Cruz, publicerade nyligen resultaten av deras experiment i Naturfysik . Mineralprovet syntetiserades av Florida State University doktorand Lianyang Dong.