Upptäckt och undersökning av system med kopplad topologisk magnetism och formminnesegenskaper

Projekttitel: Upptäckt och undersökning av system med kopplad topologisk magnetism och formminnesegenskaper
Huvudsökande: Vladislav Borisov, materialteori
Beviljade medel: 4 301 000 SEK för perioden 2025-2028

Den pågående minityriseringen av datorenheter innebär utmaningar för materialvetenskapen att hitta nya magnetiska material. Problemet är att användning av ferromagneter i hårddiskar begränsar informationstätheten. Ett lovande alternativ erbjuds av topologiska magneter där atomspinn bildar icke-triviala nanometerstora texturer som kan användas som informationsbärare. Många topologiska magneter har upptäckts under de senaste åren men hela utbudet av sådana material är ännu inte känt. Dessutom finns det även material med formminne, som "minns" en fördefinierad form och återställer den under uppvärmning även efter stor deformation eller vid konstant temperatur (denna egenskap kallas superelasticitet). Hittills är endast 2 system (Mn₂NiGa och Ni₂MnGa) kända som kombinerar dessa fascinerande egenskaper, magnetiska och formminnen.

Det föreslagna teoretiska projektet kommer att behandla frågan om formminne och topologisk magnetism kan samexistera i andra material och hur de kopplas till varandra. Detta kommer att leda till en upptäckt av nya topologiska magneter som kan styras mekaniskt, vilket hittills inte diskuteras så mycket i litteraturen. Detta motiveras av den unika förmågan hos formminnessystem att genomgå stora reversibla deformationer över 10%, medan de flesta andra material bara kan deformeras med en bråkdel av en procent utan att gå sönder. Att hitta topologiska magneter med formminne skulle vara ett stort steg framåt och skulle öppna en ny bred forskningsriktning.

För att uppnå dessa mål kommer topmoderna metoder baserade på elektronstrukturteori att användas tillsammans med storskaliga simuleringar av magnetiska texturer att modellera magnetiska och mekaniska egenskaper på olika längdskalor mellan några Ångström och flera mikrometer. Detta kommer att möjliggöra att designa nya material och förstå deras egenskaper baserat på teoretiska simuleringar, och teoriförutsägelserna för lovande kandidatsystem kommer att verifieras genom samarbete med experimentalister.