Ickelinjär kvantspinndynamik i magnetiska system

Projekttitel: Ickelinjär kvantspinndynamik i magnetiska system
Huvudsökande: Erik Sjöqvist, materialteori
Medsökande: Olle Eriksson, materialteori
Beviljade medel: 4 140 000 SEK för perioden 2026-2029

Magnetism är ett centralt begrepp inom fysiken, med tillämpningar inom alltifrån kompasser till hårddiskar och magnetkameror. Ur ett mikroskopiskt perspektiv förklaras magnetism genom att atomerna i ett magnetiskt material bär med sig små magnetisk ”nålar”, även kallade spinn, som tenderar att linjera upp med varandra och därigenom tillsammans skapa en makrosopiskt mätbar magnetisering. Atomistisk spinndynamik (ASD) studerar magnetiseringsdynamiken ur ett sådant mikroskopiskt perspektiv.

En viktig grundsten för ASD är den ickelinjära Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) ekvationen, som beskriver en dämpad precession av klassiska spinn runt deras lokala magnetfält. ASD har visat sig framgångsrikt när det gäller att med hög noggrannhet beskriva ett flertal experiment på magnetiska material.

Medan ASD baserad på klassiska spinn kan beskriva dynamiken på en pikosekund-tidskala, börjar experiment närma sig en tidsupplösning ner till femtosekundnivån där kvanteffekter förväntas spela en viktig roll. För att möta denna utveckling behövs nya metoder där spinnen kräver en kvantmekanisk beskrivning. Vi har nyligen upptäckt en ickelinjär kvantmekanisk LLG-dynamik för vilken ett flertal lovande resultat har påvisats.

Projektet syftar till att teoretiskt studera och utvidga den kvantmekaniska LLG-dynamiken. Vidare utvecklas metoder där kvantmekanisk och klassisk dynamik kombineras med syftet att studera kvanteffekter hos spinndynamik i material. Den ickelinjära dynamiken används för att studera molekylära nanomagneter för tillämpningar inom kvantteknologi samt magnetoreception hos flyttfåglar. Studien är interdisciplinär och bygger på expertis inom såväl kvantinformationsteori som klassisk ASD. Projektet har som mål att ge ett viktigt bidrag till forskningen för att få en djupare förståelse av kvantmekanikens roll för magnetiska fenomen och därigenom hitta nya tillämpningar av magnetism inom informationsteknologi och materialvetenskap.