Bien adaptée à l'étude des propriétés magnétiques, la diffraction de neutrons contribue de façon essentielle à l'exploration des nouvelles frontières ouvertes par les matériaux quantiques. De nouveaux états de la matière – liquides ou glaces de spin, boucles de courant dans certains oxydes, transitions de phase mettant en jeu des objets topologiques comme les vortex, etc. – se rencontrent dans des conditions ultimes et notamment dans la gamme du millikelvin (mK).

Pour descendre en température, des ingénieurs et des chercheurs du LLB ont dû adapter un réfrigérateur à dilution fabriqué par la société Cryoconcept au diffractomètre G4-1. Premier problème : une poudre conduit mal la chaleur et pour homogénéiser sa température, il a fallu charger l'échantillon dans une cellule contenant de l'hélium superfluide, sous 15 à 40 bars. Par ailleurs, pour atteindre les très basses températures, il est nécessaire d'éliminer le rayonnement thermique en interposant des écrans gigognes en aluminium qui engendrent autant de signaux parasites. En plaçant une fenêtre de vanadium sur chaque écran, ces signaux indésirables ont pu être éliminés.

L'équipement livré en mars 2019 a d'ores et déjà permis d'obtenir des résultats de recherche fondamentale sur des systèmes magnétiques complexes, comme des composés « géométriquement frustrés » à structure « pyrochlore ». D'autres projets sont en cours avec l'Université Paris Saclay, l'Institut Néel et l'Université d'Hiroshima. Au-delà de l'arrêt du réacteur Orphée, le réfrigérateur sera réutilisé pour la source compacte Sonate ou pour des projets de recherche collaborative (CRG) sur le réacteur à haut flux de l'Institut Laue-Langevin (Grenoble).