Vibrations- och magnetiska spektroskopier på nanoskala

Projekttitel: Vibrations- och magnetiska spektroskopier på nanoskala
Huvudsökande: Jan Rusz, materialteori
Beviljade medel: 4 344 000 SEK för perioden 2026-2029

Ett elektronmikroskop är en fascinerande apparat. Den tillåter oss att se saker som är för små för våra egna ögon. Och inte bara det, den tillåter oss även att se saker som är för små för optiska mikroskop, exempelvis atomer. Men fysikens lagar på så små skalor är annorlunda än den klassiska fysiken, och kvantfysikens effekter träder in. Om vi ska förstå hur en elektron interagerar med ett prov det passerar genom, måste vi ty oss till kvantfysikens lagar. Dessa tillåter oss att med datorsimuleringar förutsäga hur elektronmikroskopbilder kommer att se ut i verkligheten. Sådana beräkningar och simuleringar hjälper oss att tolka de uppmätta bilderna. Teori spelar därmed en viktig roll inom fältet för elektronmikroskopi.

De flesta elektroner som passerar genom provet behåller nästan all deras kinetiska energi, förutom att de ger en liten ”kick” till atomerna. Med den nya generationen elektronmikroskop kan man studera dessa ”sparkar” och lära sig hur atomer bär värme i nanoskala. Detta är mycket viktigt till exempel i processorer, hjärtan på våra datorer och mobiltelefoner, där ytterligare miniatyrisering utmanas av problem relaterade till värmehantering. För att fullt ut förstå de mikroskopiska mätningarna behöver vi exakta simuleringsmetoder.

Några av elektronerna förlorar mer energi än en liten ”kick” till atomerna. Exempelvis kan de sparka bort en elektron från sin atom. Genom att mäta energiförlusten som elektroner råkar ut för, kan vi få en hel del information om kemiska bindningar, typer av atomer som finns i provet och även en hel del om atomernas magnetiska egenskaper.

Vi har idéer om hur vi kan vidareutveckla de teoretiska metoder som behövs för att extrahera och förklara materials vibrations- och magnetiska egenskaper, så som de observeras med elektronmikroskop på nanoskala.