Jaarboek no. 87. 2008/2009 - Koninklijke Maatschappij voor ...
Jaarboek no. 87. 2008/2009 - Koninklijke Maatschappij voor ... Jaarboek no. 87. 2008/2009 - Koninklijke Maatschappij voor ...
44 Diligentia 20MW cooling plant Labs above magnets Magnet Hall Opening June 2003 M. v.d. Hoeven, Minister OCW 20MW Power supply 40.000A, 500V, 10ppm Een overzicht van het HFML. Het voorste gedeelte bestaat uit experimenteerruimtes en kantoren, het gehele achterste gedeelte uit de vermogensbron (40.000 A, 500 V, 10 ppm gelijkrichter) en 20 MW koelinstallatie. Meer specifiek leiden de nieuwe magnetische krachten tot opsplitsing van energieniveaus (in atomen, van vrije elektronen, van spinontaarde toestanden) en daarmee tot een veranderde toestandsdichtheid. Velden induceren ook een (diamagnetisch of paramagnetisch) moment, heffen tijdsomkeersymmetrie op (omdat via de Lorentzkracht in een veld de richting van de snelheid van belang is) en voeren een nieuwe lengteschaal in, de zgn. magnetische lengte, dit is de grootte van de laagste gequantiseerde elektronenbaan. Het algemene karakter van magneetvelden als experimentele parameter maakt dat het scala aan experimenten bijzonder breed is. Daarom kan alleen door middel van een aantal voorbeelden een indruk worden gegeven waarom hoge magneetvelden nu zo belangrijk zijn. Vaak bestaat de interesse van de onderzoeker voor het gebruiken van magneetvelden erin dat hij door het bestuderen van deze veranderingen iets meer over zijn onderzoeksobject te weten kan komen. Een bekend voorbeeld hiervan zijn de De Haas-van Alphen oscillaties in de magnetisatie van geleiders. Deze oscillaties worden veroorzaakt doordat in een magneetveld de toestandsdichtheid van het elektronengas opgesplitst wordt in pieken (de zgn. Landau-niveaus, quantummechanische eigentoestanden van vrije elektronen in een magneetveld) gescheiden door dalen. Met toenemend veld schuiven de opeenvolgende maxima door de Fermi-energie (de grens tussen gevulde en lege toestanden in een band) heen, waardoor de elektronen een oscillerende magnetisatie vertonen. Dit soort experimenten geeft unieke informatie over de ladingsdragersdichtheid en de vorm van het Fermi- Zeer hoge magneetvelden: hoe en waarom?
Diligentia 45 oppervlak in het specimen. Voor deze experimenten is het noodzakelijk dat de elektronen zonder verstrooiing hun cyclotronbaan kunnen voltooien, d.w.z.: w c t > 1 met w c de cyclotronfrequentie eB/m en t de tijd tussen botsingen en m de elektronmassa. Deze voorwaarde hangt af van de kwaliteit van materialen. Bij zeer zuivere kristallen kan deze tijd zo lang zijn dat deze conditie al bij lage magneetvelden vervuld is. Nieuwe materialen of mengkristallen zijn veelal minder zuiver en dit soort experimenten kan dan alleen bij hoge magneetvelden worden gedaan, omdat dan w c t > 1 vanwege de grotere cyclotronenergie. Veel toepassingen van magneetvelden zoals cyclotronresonantie (effectieve massa van materialen), elektronspin resonantie (spintoestanden en directe omgeving van magnetische ionen), kernspinresonantie (directe omgeving resonante kernspins) e.d., dienen er dan ook voor om met behulp van metingen in magneetvelden meer te weten te komen over de eigenschappen van materie bij nul veld. Hoge velden zijn veelal noodzakelijk om voldoende gevoeligheid en resolutie te krijgen en globaal geldt, hoe hoger hoe beter. BOX 1 De SI eenheid voor magnetische inductie, ‘’het magneetveld’’, is de Tesla [T], genaamd naar de Servische geleerde Nicola Tesla. Deze eenheid is Wb/m 2 =N/Am en is gerelateerd aan de standaard SI eenheden via de Lorentzkracht F=q v x B. Derhalve geeft één Coulomb lading q, met een snelheid v van één meter per seconde in een veld B van 1 Tesla een kracht van één Newton. Een veel gebruikte niet-SI eenheid is de Gauss (of ook wel Oersted) gelijk aan 10 -4 T. Relevante waardes van magneetvelden liggen ongeveer tussen 10 -8 T (het veld opgewekt door hersenactiviteit) en 10 8 T (het veld op sommige neutronensterren). In het dagelijkse leven zijn de meest bekende magneten de permanente magneten in luidsprekers, motoren e.d. en die liggen alle tussen 0.01 en 2 T. Velden boven 2-3 T kunnen alleen met elektromagneten en supergeleidende magneten (gemaakt van weerstandloze supergeleiders) opgewekt worden. Boven 20-23 T bestaat geen supergeleidend draad van voldoende lengte om een spoel van te maken en is de enige manier om continue velden te maken met een groot elektrisch vermogen, zoals in gespecialiseerde magnetenlaboratoria het geval is. Naast elektronische eigenschappen worden magneetvelden uiteraard veel gebruikt op het gebied van het magnetisme. De magnetisatie van veel magnetische materialen toont als functie van het magneetveld een gedrag (paramagnetisch en diamagnetisch), dat karakteristiek is voor deze materialen. Sommige vertonen magnetische faseovergangen, wanneer de energie als gevolg van het externe veld vergelijkbaar wordt met de energieën als gevolg van de interne magnetische wisselwerking (bijvoorbeeld exchange) en op die manier worden dit soort interne energieën dan ook bepaald. De hiervoor benodigde magnetische velden kunnen soms wel enkele honderden Tesla bedragen. Dit soort onderzoek is vooral belangrijk bij zogenaamde harde magnetische materialen. In het geval van geïnduceerd magnetisme of magnetische faseovergangen ontstaat een nieuwe toestand van de materie, een toestand die slechts indirect van doen heeft met de eigenschappen bij nul magneetveld. Iets analoogs gebeurt ook wanneer bijvoorbeeld supergeleiders in hoge velden naar de normale toestand overgaan. Dit soort ‘nieuwe’ toestanden van de materie leveren vaak de meest interessante nieuwe fysica op. Het perspectief dat zulk soort effecten kunnen optreden is dan ook vaak een van de belangrijkste drijfveren om experimenten bij de hoogst mogelijke magneetvelden te willen doen. Vaak komen dit soort ontdekkingen dan ook onverwacht en zijn het resultaat van enerzijds een goede intuïtie van de onderzoeker en anderzijds het feit dat ergens ter wereld zulke hoge velden voor de onderzoeker ter beschikking staan. Hoge magneetvelden vervullen hier een pioniersrol. De meest spectaculaire recente voorbeelden van dit soort nieuwe fysica zijn natuurlijk de ontdekking van het Quantum Hall Effect (QHE, Nobelprijs voor K. von Klitzing, 1985) en het Fractionele Quantum Hall Effect (FQHE, Nobelprijs voor D. Tsui, H. Stormer en R. Laughlin, 1998). Zeer hoge magneetvelden: hoe en waarom?
- Page 1: NATUURKUNDIGE VOORDRACHTEN 2008-200
- Page 4 and 5: ISBN 978-90-72644-21-3
- Page 7: INHOUD Verslag over het seizoen 200
- Page 10 and 11: 10 Diligentia plaats op 18 mei 2009
- Page 12 and 13: NAAMLIJST VAN BESTUURSLEDEN sedert
- Page 14 and 15: 14 Diligentia Voorzitter Bestuursle
- Page 16 and 17: 16 Diligentia Naam: Jaar: Titel voo
- Page 18 and 19: 18 Diligentia Naam: Jaar: Titel voo
- Page 20 and 21: 20 Diligentia Naam: Jaar: Titel voo
- Page 22 and 23: 22 Diligentia Naam: Jaar: Titel voo
- Page 24 and 25: 24 Diligentia Zij bestaan dus eigen
- Page 26 and 27: 26 Diligentia draaien ze allemaal i
- Page 28 and 29: 28 Diligentia Een van de meest bijz
- Page 30 and 31: 30 Diligentia Figuur 9. Links: de D
- Page 33 and 34: DWALEN IN DE TAALTUIN HET SPREKENDE
- Page 35 and 36: Diligentia 35 Ruim voordat de feite
- Page 37 and 38: Diligentia 37 elektrische activitei
- Page 39 and 40: Diligentia 39 hebben Colin Brown en
- Page 41 and 42: Diligentia 41 Dom genoeg hadden we
- Page 43: ZEER HOGE MAGNEETVELDEN: HOE EN WAA
- Page 47 and 48: Diligentia 47 BOX 3 Vanwege de rand
- Page 49 and 50: PROTON-ESTAFETTE IN WATER door Prof
- Page 51 and 52: Diligentia 51 Frequency (cm -1 ) Fi
- Page 53 and 54: Diligentia 53 Figuur 5. Absorptieve
- Page 55 and 56: Diligentia 55 Figuur 7 toont het si
- Page 57: Diligentia 57 D=0.2 voor zowel H 2
- Page 60 and 61: 60 Diligentia De dubbele helix van
- Page 62 and 63: 62 Diligentia Het is deze dubbele s
- Page 64 and 65: 64 Diligentia mentaire vormen van m
- Page 66 and 67: 66 Diligentia staat ons niet langer
- Page 68 and 69: 68 Diligentia Figuur 5. zijn grote
- Page 70 and 71: 70 Diligentia zo hoog opliepen dat
- Page 72 and 73: 72 Diligentia eenlopende facetten.
- Page 74 and 75: 74 Diligentia Figuur 1. Ontwikkelin
- Page 76 and 77: 76 Diligentia eigen DNA) zijn veel
- Page 78 and 79: 78 Diligentia herkenningreceptoren
- Page 80 and 81: 80 Diligentia De zebravis als model
- Page 82 and 83: 82 Diligentia zouden diverse stappe
- Page 84 and 85: 84 Diligentia 38. Zhang Y, Bai xT,
- Page 86 and 87: 86 Diligentia Een nadeel van de vri
- Page 88 and 89: 88 Diligentia Tabel 1 Wereldproduct
- Page 90 and 91: 90 Diligentia zou het gevormde sili
- Page 92 and 93: 92 Diligentia 1 = Magnesium 2 = Kat
44 Diligentia<br />
20MW<br />
cooling<br />
plant<br />
Labs above<br />
magnets<br />
Magnet Hall<br />
Opening June 2003<br />
M. v.d. Hoeven,<br />
Minister OCW<br />
20MW Power supply<br />
40.000A, 500V, 10ppm<br />
Een overzicht van het HFML. Het <strong>voor</strong>ste gedeelte bestaat uit experimenteerruimtes en<br />
kantoren, het gehele achterste gedeelte uit de vermogensbron (40.000 A, 500 V, 10 ppm<br />
gelijkrichter) en 20 MW koelinstallatie.<br />
Meer specifiek leiden de nieuwe magnetische krachten tot opsplitsing van energieniveaus<br />
(in atomen, van vrije elektronen, van spi<strong>no</strong>ntaarde toestanden) en daarmee tot een veranderde<br />
toestandsdichtheid. Velden induceren ook een (diamagnetisch of paramagnetisch)<br />
moment, heffen tijdsomkeersymmetrie op (omdat via de Lorentzkracht in een veld de<br />
richting van de snelheid van belang is) en voeren een nieuwe lengteschaal in, de zgn.<br />
magnetische lengte, dit is de grootte van de laagste gequantiseerde elektronenbaan. Het<br />
algemene karakter van magneetvelden als experimentele parameter maakt dat het scala aan<br />
experimenten bijzonder breed is. Daarom kan alleen door middel van een aantal <strong>voor</strong>beelden<br />
een indruk worden gegeven waarom hoge magneetvelden nu zo belangrijk zijn.<br />
Vaak bestaat de interesse van de onderzoeker <strong>voor</strong> het gebruiken van magneetvelden erin<br />
dat hij door het bestuderen van deze veranderingen iets meer over zijn onderzoeksobject<br />
te weten kan komen. Een bekend <strong>voor</strong>beeld hiervan zijn de De Haas-van Alphen oscillaties<br />
in de magnetisatie van geleiders. Deze oscillaties worden veroorzaakt doordat in een<br />
magneetveld de toestandsdichtheid van het elektronengas opgesplitst wordt in pieken (de<br />
zgn. Landau-niveaus, quantummechanische eigentoestanden van vrije elektronen in een<br />
magneetveld) gescheiden door dalen. Met toenemend veld schuiven de opeenvolgende<br />
maxima door de Fermi-energie (de grens tussen gevulde en lege toestanden in een band)<br />
heen, waardoor de elektronen een oscillerende magnetisatie vertonen. Dit soort experimenten<br />
geeft unieke informatie over de ladingsdragersdichtheid en de vorm van het Fermi-<br />
Zeer hoge magneetvelden: hoe en waarom?
Change language