Spin-lattice simulatie van atomaire magnetische eigenschappen

Groep: DyNaMat

Promotor: Prof. Bartel Van Waeyenberge, Prof. Luc Dupré

Begeleiding: Arne Vansteenkiste, Ben Van de Wiele

Contactpersoon: Arne.Vansteenkiste@UGent.be

Aantal studenten: 1 of 2

Kernwoorden: spin-lattice, magnetisch materiaalmodel, atomaire spins

Probleemstelling: Deze thesis is gericht naar studenten geïnteresseerd in de rijke fysica van magnetische processen.

De magnetische eigenschappen van materialen als bv. ijzer vinden hun oorsprong op het atomaire niveau. Ieder atoom heeft zijn eigen magnetische spin. De samenstelling van het materiaal -de verschillende atomen/spins- en de stapeling van de atomen/spins in een welbepaald rooster bepalen de globale (opgemeten) magnetische eigenschappen van het materiaal. Deze kunnen gesimuleerd worden door de interacties tussen de verschillende spins in het rooster in rekening te brengen (spin-lattice simulations). Vooral materialen die samengesteld zijn uit verschillende atoomsoorten zijn in deze context zeer interessant.

Een eerste voorbeeld zijn gelaagde media zoals gebruikt in data-opslag en sensor-applicaties. Hier zijn de magnetische eigenschappen volledig bepaald door de interacties van de lokale atomaire spins in de grenslaag tussen de laag ferromagnetisch materiaal en de laag antiferro-magnetisch materiaal. Een tweede voorbeeld zijn ijzermaterialen die een kleine fractie (tot 3%) koper bevatten zoals gebruikt in elektrisch ijzer en constructiestaal. De stapeling van de koper-atomen en de mate waarin ze clusteren bepaalt hoe de koperatomen interageren met de spins van de ijzeratomen.

In beide gevallen bepalen de atomaire spin interacties de globale magnetische eigenschappen op veel hogere ruimteschaal. Het uitdagende aan deze thesis is dan ook de ontwikkeling van technieken nodig om de globale eigenschappen van 100’den miljoenen atomen te beschrijven met inbegrip van alle details van de fysische interacties aanwezig op de atomaire schaal.

Doelstelling: Een korte literatuurstudie zal inzicht verschaffen in de fysica van het probleem. Een eerste stap is de correcte modellering van de verschillende interacties op de atomaire schaal. Een volgende stap is dan het in rekening brengen van deze interacties naar grotere ruimteschalen. Dit gebeurt door gebruik te maken van zeer efficiënte numerieke technieken. De resultaten zullen experimenteel gevalideerd worden door gebruik te maken van hoogtechnologische meet-apparatuur aanwezig aan de vakgroep Vastestofwetenschappen van de faculteit Wetenschappen.

Opmerkingen: Dit werk kadert binnen een recent opgestarte samenwerking tussen de onderzoek van EELAB en de vakgroep Vastestofwetenschappen van de faculteit wetenschap. In deze samenwerking beogen we de ontwikkeling van een multi-niveau magnetisch materiaalmodel dat de macroscopisch opgemeten magnetische eigenschappen verbindt met de atomaire (rooster)structuur van het materiaal.

 

Locatie: De Sterre, gebouw S1