De svagas betydelse

Projekttitel: De svagas betydelse
Huvudsökande: Björgvin Hjörvarsson, avdelningen för materialfysik
Beviljade medel: 3 200 000 SEK för perioden 2020-2023
Finansiär: Projektbidrag från Vetenskapsrådet

När vi tillverkar ytterst små öar (mesoskopiska) av magnetiska material, så kan dessa uppvisa egenskaper som starkt påminner om magnetiska atomer. Därför kan öarna meningsfullt beskrivas som ”jätteatomer”. När de magnetiska öarna växelverkar, så kan en ordning uppstå, till exempel kan alla vara upplinjerade på ett och samma sätt (nord pekar i samma riktning). Detta tillstånd motsvarar en vanlig (ferro-)magnet och uppstår vid vid temperaturer under ett visst värde som kallas den kritiska temperaturen. Den mönstrade ytan kan även ha egenskaper som endast kan uppnås med den struktur som har framställts: egenskaper som endast framträder på grund av den specifika sammansättningen och mönstringen. Dessa egenskaper kan vara mycket speciella och dessa material har därför fått ett eget namn, metamaterial.

Vi kommer att utforska den ordning som uppstår när flera energiskalor är involverade i fasomvandlingar av magnetiska metamaterial. Dessa strukturer kommer att framställas med hjälp av mönstring av tunna skikt där vi framställer öar i storleksordningen 50 till 500 nanometer med olika form och avstånd. Storleken på öarna har stor betydelse för öarnas aktivering, samtidigt som avståndet mellan öarna i huvudsak bestämmer deras inbördes växelverkan. Större växelverkan ger upphov till högre ordningstemperatur (kritisk temperatur) och vice versa. På samma sätt kan öarnas utformning användas för att styra det magnetiska tillståndet. Till exempel, ifall öarna är cirkulära så kan den magnetiska riktningen vara åt vilket håll som helst i planet. Därmed har magneten två frihetsgrader (x och y) och kallas därmed tvådimensionellt spinn (i analogi med atomer). På samma sätt, ifall öarna är avlånga så kan den magnetiska riktningen endast vara längs den långa riktningen av öarna. Att de pekar åt det ena eller andra hållet har ingen betydelse och spinntillståndet beskrivs som endimensionellt (kan endast vara längs en viss riktning). Kombinationen av öar med helt olika egenskaper eller olika växelverkan kommer att ge upphov till nya fenomen som vi inte känner till i vanliga material.

Det som gör dessa studier mycket unika är samspelet mellan olika energi- och längdskalor. Vidare, vi kommer även att studera slumpmässiga amorfa magnetiska material som på många sätt liknar de artificiella systemen med avseende på de olika energiskalorna som är involverade. Dessa uppvisar många likheter med tvådimensionella mesospinn, med olika växelverkan och anisotropi, och kommer därför att vara ett viktigt komplement för generalisering av våra slutsatser.

Verksamheten är i den absoluta forskningsfronten och kommer därför att utgöra en excellent plattform för träning av unga forskare.