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Publication: Physical realization of a quantum spin liquid based on a complex frustration mechanism

C. Balz et al., Nature Physics 12, 942 (2016)


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EMFL News 3/2016

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Vom Wissenschaftsrat ohne Einschränkung empfohlen:
Grundsteinlegung für das Hochfeldlabor Dresden im Forschungszentrum Rossendorf

Dresden, 23. Mai 2003. Am 28. Mai 2003 um 9.30 Uhr ist es soweit: In Dresden findet die Grundsteinlegung für ein neues Großgerät der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung in Deutschland statt. Das Hochfeldlabor Dresden ist eines der insgesamt neun Großgeräteprojekte, die vom Wissenschaftsrat im letzten Jahr im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) begutachtet wurden. Lediglich zwei Großgeräte wurden ohne Einschränkung und zur sofortigen Umsetzung vorgeschlagen, das Hochfeldlabor gehört in diese Top-Gruppe: "Forschungsprogramm und technischer Projektvorschlag liegen in überzeugender Weise vor", so der Wissenschaftsrat in seinem Urteil. Bundesforschungsministerin Edelgard Bulmahn hielt sich an die Empfehlung des Rates und gab im Februar 2003 grünes Licht für vier der neun begutachteten Großgeräte. In Deutschland sollen in diesem Bereich 1,6 Milliarden Euro investiert werden. Die Investitionskosten für das Hochfeldlabor Dresden belaufen sich auf 24,5 Millionen Euro, sie werden vom Bund und vom Freistaat Sachsen zu gleichen Teilen finanziert.

Ein Magnetfeld ist neben der Temperatur der bedeutendste Parameter, mit dem man im Labor die Eigenschaften der Materie verändern kann. Wissenschaftliche Entdeckungen, die durch die Anwendung von Magnetfeldern gemacht wurden, waren in vielen Fällen bahnbrechend und haben unsere Kenntnisse über die Materie wesentlich erweitert. Sie haben auch zu bedeutenden technologischen Anwendungen in den Bereichen Datenspeicherung und -verarbeitung sowie Kommunikations- und Informationstechnologie geführt.

Das Hochfeldlabor Dresden soll ab 2006 lange gepulste Magnetfelder in bisher unerreichten Feldstärken von bis zu 100 Tesla erzeugen und damit neue Erkenntisse in vielen Bereichen der Physik, aber auch der Chemie und der Biologie, ermöglichen. Heute können Magnetfelder mit kommerziell erhältlichen, supraleitenden Spulen bis etwa 20 Tesla erzeugt werden - zum Vergleich: das Erdmagnetfeld hat eine Stärke von 50 Mikrotesla, ein Eisenjoch bringt höchstens 3 Tesla zustande. Magnetfelder deutlich über 20 Tesla können mit größtem technischen Aufwand nur in einigen Speziallabors erzeugt werden. Zwei technische Herausforderungen sind hierbei zu bewältigen: zum einen werden für die Erzeugung eines sehr hohen Magnetfelds sehr hohe Ströme benötigt, zum anderen muss das Spulenmaterial extremen Kräften standhalten. So sind für eine Spule aus Kupferdraht, die ein statisches Feld von 30 Tesla erzeugen soll, eine elektrische Leistung von 20 MW und eine Kühlung mit etwa 1000 Kubikmeter Wasser pro Stunde notwendig. Die auftretenden Kräfte entsprechen einer Belastung von 16 Tonnen/qcm. Magnetfelder oberhalb von 50 Tesla können deshalb nicht statisch, sondern nur gepulst erzeugt werden. Pulse von 10 bis 100 ms erlauben ein quasi statisches Arbeiten, da in diesen Zeiten nahezu alles gemessen werden kann, was einen Wissenschaftler interessiert. Das Ziel des Dresdener Hochfeldlabors ist die Bereitstellung von Magnetfeldern bis 60 Tesla bei Pulsdauern von 1 Sekunde und bis 100 Tesla für 10 Millisekunden. Damit wird das Dresdener Labor das führende europäische Pulslabor und verkleinert die Kluft zwischen den USA und Europa, die sich durch den Aufbau des amerikanischen Hochfeldlabor in Los Alamos in den neunziger Jahren aufgetan hat.

Der Grundsteinlegung gehen die Gründung eines Konsortiums unter Federführung des Forschungszentrums Rossendorf und der erfolgreiche Bau und Einsatz eines Pilotlabors im Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) in Dresden voraus. Für den 150-seitigen Projektvorschlag, der dem Wissenschaftsrat zur Begutachtung vorgelegt wurde, zeichneten neben dem Forschungszentrum Rossendorf und dem IFW das Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, das Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe und das Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität Dresden verantwortlich. Dresden hat sich zu einem Zentrum der Festkörperphysik und Materialforschung entwickelt. Der unzureichende Zugang zu für diese Gebiete wichtigen hohen Magnetfeldern hat dabei die Forschungen der Dresdener Wissenschaftler zunehmend eingeschränkt. Diesen Nachteil hat auch der Wissenschaftsrat in seinem Votum erkannt.

Das Dresdener Hochfeldlabor wird im Forschungszentrum Rossendorf in unmittelbarer Nähe zur Strahlungsquelle ELBE aufgebaut. Dadurch ergibt sich die attraktive Möglichkeit, Europas intensivsten durchstimmbaren Infrarotstrahl von den Freie-Elektronen-Lasern der Strahlungsquelle ELBE in das Hochfeldlabor zu führen und mit den hohen Magnetfeldern zu kombinieren. Dies ist deshalb so interessant, weil in vielen Substanzen durch hohe Magnetfelder Zustände erzeugt werden, deren Energie ganau der Lichtenergie im infraroten Bereich entspricht. Diese weltweit einzigartige Kombination wird eine Vielzahl interessanter Untersuchungen zum Magnetismus, der Supraleitung, der Halbleiterphysik und im Bereich der Nanostrukturen erstmals ermöglichen.

An der Grundsteinlegung am 28. Mai werden Christoph Matschie, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung, Dr. Matthias Rößler, Staatsminister für Wissenschaft und Kunst des Freistaates Sachsen, sowie Vertreter der fünf am Hochfeldlabor Dresden beteiligten Institute teilnehmen. Interessierten Medienvertretern bietet das Forschungszentrum Rossendorf im Anschluss an die Grundsteinlegung um 11.00 ein Pressegespräch an.

Information:

Im Forschungszentrum Rossendorf (FZR) wird moderne Wissenschaft vom naturwissenschaftlichen Erkenntnisfortschritt bis zur Vorbereitung für die technologisch-wirtschaftliche Anwendung betrieben. Im Mittelpunkt des Forschungsprogramms stehen Arbeiten zur Struktur der Materie, zu den Lebenswissenschaften sowie zu Umwelt und Sicherheit. Dazu werden die 5 Großgeräte betrieben, die auch anderen nationalen und internationalen Nutzern - Universitäten, Forschungsinstitutionen, Unternehmen der Wirtschaft - zur Verfügung gestellt werden. Eines der Geräte befindet sich in Grenoble/Frankreich, das sechstes Großgerät, das Hochfeldlabor Dresden, wird derzeit aufgebaut.
Das FZR ist mit ca. 600 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von knapp 60 Mill. Euro. Davon stammen 7,5 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Die insgesamt 80 Leibniz-Institute in Deutschland betreiben anwendungsorientierte Grundlagenforschung im gesamtstaatlichen Interesse und werden deshalb von Bund und Ländern gemeinsam gefördert.

Kontakt für Medien:

Dr. Christine Bohnet
Vorstandsreferentin Öffentlichkeitsarbeit
Forschungszentrum Rossendorf (FZR)
Tel.: 0351 260 2450
Fax: 0351 260 2700

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