Nyheter och press

Magnetism på nanonivå

2014-04-09

Studier på atomär nivå i en amorf järn- och gadoliniumlegering: Järnmomenten (röda) vill alla ordna sig i samma riktning men motsatt den riktning som gadoliniummomenten (vita) pekar.

I magnetiska material ligger atomernas magnetiska moment oftast prydligt ordnade i väldefinierade riktningar. Tvingas de ur jämvikt händer spännande saker. Olle Eriksson, professor i teoretisk magnetism, och hans forskargrupp på Ångströmlaboratoriet har en god idé om vad som händer om man vrider de välordnade atomerna ur jämvikt.

Utifrån teoretiska modeller gör de datorsimuleringar av hur magnetiska material beter sig på nanonivå och hur man kan påverka materialens egenskaper.

– Det finns många tillämpningar, till exempel inom datalagring. De flesta hårddiskar görs av magnetiska material och kan bli mindre, snabbare och energisnålare, säger forskaren Anders Bergman.
Simuleringarna och beräkningarna kräver mycket datorkraft, eftersom forskarna tittar på så hög upplösning och samtidigt studerar stora system av miljontals atomer. Därför använder forskargruppen datorkluster på Uppmax. Med mer processorkraft kan större system studeras – och med större noggrannhet.
– Vi har en fin bas för teoribildning i Sverige, där infrastruktur med superdatorer för att göra avancerade beräkningar är mycket väl uppbyggd. Denna infrastruktur är mycket viktig för oss och andra teoretiker, säger Olle Eriksson.

Vid Ångströmlaboratoriet finns en lång tradition av forskning om magnetiska material. Just nu pågår ett projekt som ska testa teorierna i praktiken i samarbete med KTH och Göteborgs universitet. Projektet finansieras av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och leds av Olle Eriksson.
– Vi har kommit en bit på väg eftersom vi arbetat med detta på teoretisk nivå några år. Nu kan vi även bygga upp en experimentell miljö där vi hoppas verifiera våra teorier, säger Olle Eriksson.
Man kan se varje magnetiskt material som en samling av atomstora magneter som linjerar sig i bestämda riktningar. Varför de ordnar sig på detta sätt har man god förståelse av, men vad som händer när de tvingas ur jämvikt, till exempel för att läggas längs en annan riktning, är i stort sett ett oskrivet blad.
– Teorin förutspår flera intressanta fenomen, speciellt när vi studerar magneter i nanoområdet, och med de experiment vi nu kommer att kunna göra, kan man säga att vi sträcker ut en hand mot tekniska tillämpningar av vår kunskap, säger Olle Eriksson.