Teoretiska studier av samexisterande magnetism och okonventionell supraledning

Projekttitel: Teoretiska studier av samexisterande magnetism och okonventionell supraledning
Huvudsökande: Lars Nordström, avdelningen för materialteori
Beviljade medel: 3 550 000 SEK för perioden 2023-2026

Inom detta projekt beräknas elektronernas struktur hos material där elektronernas rörelse är mycket korrelerad. Sådana material kan uppstå när en av de ingående atomtyperna är en s.k. övergångsmetall med ofyllt elektronskal. Sådana material är ofta magnetiska och ofta med komplexa magnetiska ordningar där inte alla magnetiska moment pekar åt samma håll. Dessa moment uppkommer av att elektronerna i de ofyllda skalen ordnar sig för att i största mån undvika varandra. Det kan ske kvantmekaniskt genom att elektronerna ordnar sina spinn gentemot varandra vilket ger upphov till ett nettospinn som i sin tur utgör ett magnetiskt moment.

Nu har det visat sig att det finns andra sätt att undvika varandra vilket ger upphov till andra ännu mer obskyra ordningar. I ett flertal fall finns det material som helt klart uppvisar ordning, men inga experiment kan uttyda vad för sorts ordning. Därför kallas det att de uppvisar en gömd ordning. Eftersom dessa material i många hänseenden också är magnetiska inför vi ett generellt begrepp som omfattar alla dessa material – exotiskt magnetiska material.

Dessutom strävar detta forskningsprojekt efter att förstå varför det är så vanligt att ovanliga former av supraledning sker i dessa material. Det ovanliga med dessa supraledningstillstånd är att återigen väljer de deltagande elektronerna att inte uppvisa den allra enklaste strukturen. Vad är det hos dessa gömda ordningar som gör det fördelaktigt för elektronerna att ordna sig ytterligare i form av denna typ av supraledning? Detta projekt förutsätter att det är en koppling mellan orsaken till exotisk magnetism som till den okonventionella supraledningen och behandlar de två fenomenen som två sidor av samma mynt.

Denna forskning sker i ett av det mest populära forskningsfälten med material som tillhör s.k. tunga fermioner och högtemperatursupraledare. Dessa uppvisar många väldigt exotiska effekter och har under lång tid motstått en enhetlig förståelse av deras mikroskopiska bakgrund.