Magnetiserings- och polarisationsdynamik i komplexa multiferroiska oxider

Biplab Sanyal vid materialteori tilldelades 2,55 miljoner i projektbidrag vid Vetenskapsrådets stora utlysning inom naturvetenskap och teknikvetenskap i november 2016 för perioden 2016-2020 för projektet ”Magnetiserings- och polarisationsdynamik i komplexa multiferroiska oxider”.

Projektbeskrivning

Strävan efter ett bättre samhälle leder till ett konstant behov av teknologiska innovationer. För att åstadkomma detta krävs att vi utvecklar nya material med multifunktionella egenskaper som i sin tur kan användas i små komponenter med förmåga att kunna utföra flera uppgifter. De viktigaste tillämpningsområdena är bland annat kommunikations- och informationsteknologi. Magnetism och magnetiska material har länge varit viktiga beståndsdelar i högteknologiska applikationer med många användningsområden i vår vardag, exempelvis i hårddiskar till datorer, magnet-optiska lagringsenheter, kreditkort och så vidare. För att göra dessa effektivare och bättre krävs att man på mikroskopisk nivå förstår de dynamiska processerna som uppkommer under påverkan av externa fält.

Syftet med projektet är att utveckla teoretiska modeller och beräkningsverktyg att använda för att bättre förstå egenskaperna hos komplexa multiferroiska oxider. Förhoppningen är att dessa multifunktionella material inte lider av de begränsningar som finns hos traditionella material, vilket skulle möjliggöra en kombination av många olika funktionaliteter i samma apparat. Multiferroiska material har en immanent multifunktionalitet som tar sig uttryck i en stark koppling mellan magnetisk och elektrisk ordning, vilket möjliggör en kontroll av den magnetiska polarisationen via ett elektriskt fält. Stora ansträngningar har gjorts i att förstå de statiska egenskaperna, men till dags dato har mycket få studier av dynamiken gjorts. Utmaningen i projektet är just att förstå dynamiken mellan elektrisk och magnetisk polarisation, alltså hur de magnetiska momenten ändras med tiden. Kunskap om detta är ovärderlig när experimentella resultat ska tolkas och under vidareutveckling av snabba och effektiva multifunktionella apparater. Teoretisk modellering av dessa avancerade multifunktionsmaterial kommer att utföras med hjälp av täthetsfunktionalteorin (DFT) för vilken Walter Kohn tilldelades Nobelpriset i Kemi 1998. Magnetismens tidsberoende kommer att studeras via atomär spindynamik. Nya beräkningsmetoder kommer att utvecklas, som kombinerar spindynamik och atomär dynamik för att studera hur elektrisk och magnetisk polarisation förändras över tid.