Project

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Horizontal-field cryomagnet for neutron scattering

English title Horizontal-field cryomagnet for neutron scattering
Applicant Zolliker Markus
Number 121343
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.11.2008 - 31.10.2011
Approved amount 350'000.00
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Keywords (8)

neutron scattering; horizontal fields; dilution refrigerator; unconventional superconductors; quantum magnetism; oxide heterostructures; multiferroics; Horizontal-field cryomagnet for neutron scattering

Lay Summary (German)

Lead
Lay summary
Kurzzusammenfassung (40 Worte):Das Verstehen von komplexen modernen Materialien ist enorm wichtig für die Weiterentwicklung der technologischen Infrastruktur unserer Gesellschaft. Viele dieser Materialien haben sehr anisotrope magnetische und elektrische Eigenschaften. In diesem Projekt werden die magnetischen Eigenschaften von Materialien mit einem Horizontalfeld Magneten und Neutronenstreuung untersucht.Hintergrund (100-150 Worte)Chemiker können heutzutage viele neue Materialien herstellen, deren magnetische und elektrische Eigenschaften neuartig und verblüffend sind. Dazu gehören magneto-elektrische Materialien, in denen statische elektrische Felder von magnetischer Ordnung erzeugt werden. Andere Beispiele sind supraleitende Materialien, in denen die magnetische Korrelationen massgebend an den elektrisch leitenden Eigenschaften mitwirken, oder magnetische Materialien, die ganz unerwartet bis zu den tiefsten Temperaturen starke magnetischen Fluktuationen haben und interessante thermomagnetische Anwendungen haben könnten. Viele dieser neuartigen Materialien sind sensibel auf angelegte magnetische und elektrische Felder, die die Eigenschaften markant ändern können. Wie die Eigenschaften unter Einwirkung von Feldern verändert werden, gibt oft einen Einblick, wie die Materialien „funktionieren“.Das Ziel (50-70 Worte)Das Projekt hat zum Ziel, magnetische Eigenschaften von komplexen magneto-elektrischen Materialien, Supraleitern und multifunktionalen Materialien zu untersuchen. Dies wird mit dem Anlegen von magnetischen Feldern entlang ganz bestimmten Richtungen der Kristallstruktur gemacht, um die dadurch verursachte Veränderung experimentell zu untersuchen. Das konkrete Ziel ist ein verbessertes Verständnis von magneto-elektrischen, magneto-supraleitenden und magnetisch stark fluktuierenden Materialien.Bedeutung (50-100 Worte)Der Lebensstandard einer Gesellschaft ist durch die vorhandenen Materialien limitiert. Dies gilt seit spätestens der Steinzeit für alle menschlichen Gesellschaften und ist heute nicht anders. Die Bedeutung dieses Projektes liegt in einem verbesserten Verständnis von elektronischen Eigenschaften in neuen komplexen Materialien. Mit dem Verstehen von neuartigen Materialien ermöglichen wir eine Weiterentwicklung der Technologien, auf die eine moderne Gesellschaft angewiesen ist.
Direct link to Lay Summary Last update: 21.02.2013

Responsible applicant and co-applicants

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
International Symposium on Integrated Functionalities (ISIF), Cambridge, UK (August 2011). 31.07.2011 Cambridge, UK
Physical Phenomena at High Magnetic Fields (PPHMF-VII) in Tallahassee, Florida (December 2010). 04.12.2010 Tallahasse, Florida


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
119784 Interplay of magnetic correlations with electronic transport and superconductivity in oxides with strongly correlated charge carriers and subsequent multilayers 01.04.2008 Project funding (Div. I-III)
116590 From Quantum Phase transitions to Addressable Spin Clusters 01.04.2007 Project funding (Div. I-III)
105151 High Temperature Superconductivity: Magnetic vs. Electronic Properties. 01.01.2005 Project funding (Div. I-III)
102831 Strong magnetic fluctuations in low-dimensional spin lattices 01.11.2004 SNSF Professorships

Abstract

We propose the purchase of a horizontal-field magnet with a dilution insert for neutron scattering experiments. This horizontal-field magnet will be located at SINQ at the Paul Scherrer Institute, and it will be available through peer-review for scientific visitors that perform neutron scattering experiments at SINQ. Extensive cryogenic experience is available that will ensure that this cryo-magnet will be well maintained and available for experiments. We expect that this horizontal-field magnet will be used for at least 20 years. The superconducting, horizontal-field magnet will generate fields up H=7T in the horizontal direction. The magnet is specifically designed for neutron scattering experiments, and features four large windows with low neutron absorption. This design increases the experimental flexibility by maximizing the reciprocal space that can be accessed in a neutron scattering experiment. The magnet is equipped with a dilution refrigerator that is crucial for many of the experiments included in this proposal. The dilution insert features a relatively large diameter up to about 45mm, which will be particularly useful to increase the available sample mass for inelastic measurements that are often neutron flux limited. The magnet will be available on the neutron reflectometer AMOR, on the triple-axis instruments TASP and RITA-II, on the new cold-neutron two-axis instrument DMC and, in a limited field range at present, on the thermal two-axis instrument TriCS.The proposed horizontal-field cyromagnet will allow novel experiments in a wide range of scientific fields, such as unconventional and high-temperature superconductors, quantum and frustrated magnetism, multiferroic materials and thin films, oxide heterostructures and others, arguably some of the most interesting research fields in solid state physics. Neutron measurements that require horizontal fields are experiments where the magnetic field has to be applied along a crystallographic direction that, at the same time, also has to be in the horizontal neutron scattering plane. This proposal contains a few specific projects that illustrate how useful and important horizontal-field magnets are for the study of bulk materials. In addition, horizontal fields allow for truly novel neutron reflectometry experiments in the field of oxide hetero-structures which is generated considerable excitement in the recent past.
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