Ultrasnabba icke-jämvikters processer i magnetiska material och i spinntronik

Pablo Maldonado vid materialteori tilldelades 3,124 miljoner i etableringsbidrag vid Vetenskapsrådets stora utlysning inom naturvetenskap och teknikvetenskap i november 2016 för projektet ”Ultrasnabba icke-jämvikters processer i magnetiska material och i spinntronik”.

Projektbeskrivning

Människan har alltid försökt att förstå de material som hon använder på ett bättre och djupare sätt. Den kunskapen kan utnyttjas för att förbättra materialets funktioner, men även för att kontrollera och styra materialets fysikaliska egenskaper. Grundläggande forskning är nödvändig för att täcka människornas framtida behov av nya material med tillämpliga egenskaper och är av stor betydelse för utvecklingen av nya tekniska applikationer.

Under många år har människan använt ljus för att studera hur materialegenskaper uppstår utifrån djupaste nivå, dvs. på elektronernas nivå. Elektronerna är de små partiklar som finns i alla material, vilka är avgörande för atomernas struktur och utgör den kraft som håller ihop atomer i materialet.

Ett nytt framsteg inom det spektroskopiska området är den framväxande möjligheten att skapa och använda extremt korta pulser av koherent ljus. Sådana pulser har pulslängder som ligger nära femtosekundsområdet. De produceras i nya källor som just är färdigbyggda eller nu framväxande. Till exempel, fri-elektronlaser-källor kommer att producera extremt korta ljuspulser med terahertz frekvens samt med en tidigare okänd intensitet. De pulserna är så korta att människan nu för första gången kan se in i dynamiska processer inom material som hittills varit dolda. Terahertzfrekvensområdet är därtill speciellt intressant eftersom många gittervibrationer och spinndynamiska vibrationer ligger precis i terahertzområdet.

För närvarande känner människan inte till särskilt mycket om de fundamentala dynamiska processerna inom femtosekundsområdet. Därför behövs det nu ett grundläggande studium med målet att införskaffa fundamental förståelse av ultrasnabb laddnings- och spinndynamik, samt spinntransport med terahertz frekvens. Resultatet av denna grundläggande forskningen kan till och med bana väg för nya teknologiska tillämpningar, t.ex. inom spinntronik. Utnyttjandet av THz-frekvensprocesser innebär att spinntroniska kretsar kommer att drivas på betydligt snabbare sätt än hittills varit möjligt.