Atomernas vals: Att upptäcka cirkulärt polariserade fononer i vibrationell STEM-EELS

Tidsperiod:

1 januari 2025 – 31 december 2027

Projektledare:

Paul Michel Zeiger

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Bidrag för anställning eller stipendier

Budget:

3 900 000 SEK

Tänk dig en danslokal fylld med dansande par. Varje par är arrangerat på ett symmetriskt sätt för att ge en ordnad upplevelse för publiken. Alla par börjar att dansa till orkesterns musik på sina utvalda positioner. Beroende på vilken melodi och tempo orkestern spelar, kommer olika kollektiva rörelser hos dansarna att uppstå, synliga för publiken. En specifik melodi, kanske en vals, får alla par att vända sig enhetligt runt sina utvalda positioner.Ersätt nu dansarna med atomer (tänk dig sfärer) och en mental bild av materie i det fasta tillståndet som genomgår vibrationer framträder. Inom fysik introduceras i detta sammanhang fononen, en kvasipartikel associerad med en rörelsemängd, en frekvens och ett specifikt rörelsemönster hos alla atomer, den så kallade fononpolarisationen. På liknande sätt som dansarna reagerar på olika melodier och tempo som spelas av orkestern, är olika rörelsemönster associerade med olika frekvenser och rörelsemängder. Cirkulärt polariserade fononer är då atomernas vals, det vill säga en roterande rörelse av atomer runt sina jämviktspositioner.Nyligen forskning har funnit att cirkulärt polariserade fononer bär vridmoment. Liksom energi är vridmoment en bevarad storhet, så det kan inte skapas eller förstöras, utan endast överföras. Därför spelar cirkulärt polariserade fononer en viktig roll i processer där vridmoment överförs mellan olika bärare. Sådana processer är hjärtat i framväxande teknologier som spintronik och orbitronik, vilka lovar mer energieffektiv och mindre värmeavgivande informationsbehandling än samtida elektronik baserad på laddningsströmmar.Här föreslår jag att utveckla ett karaktäriseringsverktyg, som skulle lägga till förmågan att upptäcka cirkulärt polariserade fononlägen med atomisk upplösning till vibrationsbaserad elektronenergiförlustspektroskopi (EELS) i det skannande transmissions elektronmikroskopet (STEM). I vår analogi skulle detta verktyg låta oss justera orkesterns ljud så att vi kan observera atomernas vals.