Modélisation de matériaux magnétiques

Il n'y a pas longtemps, les techniques de modélisation et d'évaluation des matériaux magnétiques étaient trop simplistes pour reproduire avec précision toutes les données obtenues lors d'expériences. Mais en 1995, des chercheurs du laboratoire Ames, dirigé par Bruce Harmon, ont mis au point une technique de calcul «dynamique de spin» qui peut être utilisée pour représenter et évaluer avec précision les fluctuations des moments atomiques (orientations magnétiques). En matériaux magnétiques solides à différentes températures. Parmi ses avantages, la méthode peut être utilisée pour faire des calculs de systèmes de taille réaliste à des températures d'intérêt pratique et scientifique. En utilisant cette technique, les scientifiques ont pour la première fois théoriquement déterminé les moments magnétiques dans le fer et le nickel à haute température, même au-dessus d'une température clé à laquelle les moments magnétiques varient en magnitude et pointent dans des directions aléatoires. Les études actuelles portent sur la façon dont et pourquoi des défauts spécifiques dans les aimants permanents sont cruciaux pour déterminer les propriétés magnétiques souhaitables. Le laboratoire National de Oak Ridge et ses collaborateurs ont utilisé cette technique dans le cadre d'un calcul par superordinateur.

Nous proposons de produire des matériaux modèles pour étudier les problèmes fondamentaux du magnétisme coopératif en utilisant deux stratégies synthétiques différentes. Une ligne d'attaque consiste à préparer des composés ioniques étendus qui ont le réseau désiré d'atomes magnétiques; Alternativement, nous pouvons construire le magnétique à partir d'unités moléculaires, diriger l'architecture à travers la directivité de liaison de ces unités.

Dans les deux cas, les réseaux cibles ont une topologie de faible dimension et/ou frustrée, et sont conçus pour sonder les développements récents du magnétisme fondamental qui suggèrent que de tels matériaux peuvent avoir de nouveaux états et excitations magnétiques au sol, et en particulier le caractère fluide de spin. Nous proposons également de préparer des amas métalliques nanaoscale à spin élevé et d'étudier la relaxation de leur magnétisation; ceci est d'un intérêt fondamental considérable comme exemple d'un processus macroscopique qui peut être contrôlé par le tunnel mécanique quantique; Il peut également avoir une signification pratique comme base pour un dispositif de mémoire magnétique moléculaire.

Tout ce travail exige des mesures de sensibilité magnétique en fonction du temps et de la fréquence. Nous demandons donc une mise à niveau de l'appareil magnétomètre à calmar à courant continu pour permettre des mesures de ca, et propose de soutenir le libre accès à cet équipement, en renforçant notre service informel de caractérisation magnétique.

Impact scientifique: l'approche de la dynamique de spin est une contribution significative aux fondements d'une nouvelle théorie de la dynamique des moments magnétiques à température finie et en réponse à des champs appliqués externes. Il permet aux scientifiques de modéliser les propriétés des matériaux à température ambiante, à laquelle des aimants sont généralement utilisés.

Impact Social: le magnétisme métallique est la clé de nombreuses technologies, y compris le stockage de données magnétiques et les dispositifs de production d'électricité. Une modélisation précise de la commutation de bits d'ordinateur est essentielle pour la conception de futurs disques d'ordinateur à haute densité, et la capacité d'optimiser les matériaux magnétiques à haute température conduira à des moteurs et des transformateurs plus économes en énergie.