Logo: to the web site of Uppsala University

uu.sePublications from Uppsala University
EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
Teori för ljus och ström inducerade magnetiska processer
Title [en]
Theory of light and current induced magnetic processes
Abstract [sv]
Människor har använt olika material för att förbättra sitt livsförhållande sedan antiken. Brons- och järnåldern kännetecknades av att människor kunde utvinna dessa metaller och nyttiggöra dem i dagliga livet. I sista decennier kunde människan utveckla ny kunskap om halvledarmaterial som silicium vilket har lett till ofattbart många förändringar i samhället. Människans förmåga att skräddarsydda och utnyttja dessa material har under de senaste årtiondena gett oss, bland många andra uppfinningar, datorer som kan användas för att koda, lagra och manipulera digital information med hög hastighet. Denna revolutionerande utveckling började med grundläggande forskning inom fastatillståndets fysik, som formade basen för många teknologiska uppfinningar som in sin tur har fört mänskligheten in i dagens digitala samhälle. Allt mer digital information genereras dagligen som bör lagras och förarbetas. Speciellt i lagringen av informationen är kodningen möjliggjord genom magnetisering av materialbitar, så kallade bits, som definierar binära ”0” och ”1”. Magnetiseringen av ett material är i grunden en kvantmekanisk egenskap. Denna egenskap beskrivs mestadels på en väldigt liten rymdskala vilken karaktäriseras av elektronernas så kallade spinnmoment. Dagens teknologi för lagring av information i magnetiska lagringsmedia har dock nått sitt tak både i densitet och i hastighet, därför behövs djupare och nyskapande förståelse om hur man kan kontrollera elektronernas spinn i lämpliga material, vilken i sin tur kan leda till en effektivare lagring och spinnmanipulation. Inom de senaste åren har det visat sig att materialets kvantmekaniska egenskaper kan utnyttjas för att manipulera spinnmomenten genom tidigare okända verktyg, så som elektriska fält och ljus.Projektets mål är att utforska hur magnetiska moment i ett material kan förändras bägge effektivt och fort, om mögligt, på en ultrakort tidsskala d v s inom pikosekunder. Fokus kommer att vara på ovanliga fenomen som upptäcktes nyligen. Ett exempel är Rashba-Edelstein-effekten, vilken teoretisk förutsäger att ett spinnmoment kan genereras med elektriskt fält inom ett material utan inversionssymmetri. För att studera utvalda material kommer ett beräkningsbaserat verktyg att användas, den så kallade density-functional-theory. Teorin har visat att vara ett viktigt tillgångssätt för att utforska kvantitativt och ackurat olika material som har unika egenskaper t ex topologiska tillstånd. För att studera hur spinnmomentet förändras dynamiskt genom elektrisk ström eller ljuspulser kommer kvantdynamisk teori att användas. Projektets resultat kan komma att betyda mycket för vårt djupare förståelse av hur ett material kan påverka av t ex externa elektromagnetiska fält på ovanligt sätt, samt har betydelse för teknologiska användningsområden, eftersom nya metoder för att manipulera spinninformation kunde leda till utveckling av helt nya former av informationslagringsteknologi.  
Abstract [en]
Fundamental physical interactions such as the spin-orbit coupling can offer novel pathways to change controllably and fast the magnetic state of a material.In this project I aim to investigate theoretically how spin and orbital magnetization and their currents can be generated with unconventional (i.e. nonmagnetic) external stimuli as electric fields, laser light or temperature gradients.To this end, I will utilize density-matrix response theory and establish a computational framework that, in combination with numerical ab initio-based methods, is capable of providing an accurate description of real materials and offers microscopic understanding. The initial focus will be on physical phenomena that have recently attracted interest: the spin and orbital Hall effect, the Rashba-Edelstein effect, the inverse Faraday effect, and the spin and orbital Nernst effect. The size and effectiveness of these phenomena will be quantified for materials of current interest, such as e.g. inversion symmetry-broken antiferromagnets, heavy-metal/magnetic bilayers, and Weyl topological materials.Then I will study how these induced spin and orbital polarizations and currents can be used to manipulate and efficiently switch the remanent magnetic state of a material. For short timescales this will be addressed with the Liouville-von Neumann equation of motion and for longer timescales with magnetization dynamics simulations, with the aim to reveal new, efficient routes for fast spin-state control.
Principal InvestigatorOppeneer, Peter
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2022-01-01 － 2025-12-31
National Category
Condensed Matter Physics
Identifiers
DiVA, id: project:8664Project, id: 2021-05211_VR

Search in DiVA

Condensed Matter Physics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
v. 2.47.0
|
WCAG
|
Uppsala University Library
|
Ask the Library
|
Log in to DiVA
|
Search and link in DiVA