"Personaalne uurimistoetus" projekt PUT210
PUT210 "Adaptiivsed kvant-frustreeritud magnetid (1.01.2013−31.12.2016)", Raivo Stern, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut.
PUT210
Adaptiivsed kvant-frustreeritud magnetid
Emerging Quantum Frustrated Magnets
1.01.2013
31.12.2016
Teadus- ja arendusprojekt
Personaalne uurimistoetus
Otsinguprojekt
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP260 Tahke aine: elektrooniline struktuur, elektrilised, magneetilised ja optilised omadused, ülijuhtivus, magnetresonants, spektroskoopia1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)75,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).25,0
AsutusRollPeriood
Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituutkoordinaator01.01.2013−31.12.2016
PerioodSumma
01.01.2013−31.12.201367 610,00 EUR
01.01.2014−31.12.201467 610,00 EUR
01.01.2015−31.12.201567 610,00 EUR
01.01.2016−31.12.201667 610,00 EUR
270 440,00 EUR

Erinevate adaptiivse käitumisega keeruliste süsteemide seas on esile kerkimas frustreeritud kvantmagnetid, kuna neis ennustatakse leiduvat aine uusi eksootilisi faase ja olekuid spinn vedelikust ja spinnjääst kuni topoloogiliste isolaatoriteni ja foononklaas elektrikristallideni. Need kollektiivsed olekud võivad osutuda võtmerollides olevateks tuleviku kvanttehnoloogiate arenemisel, olgu need siis innovatiivsete materjalide süntees energiapüüdmiseks ja salvestamiseks, kvant-põimumise põhine tehnoloogia või siis ülieffektiivne kvantarvutus. Uute looduslike materjalide otsene verifitseerimine on olemasolevas müras, komplekssetes ilmingutes ja lisandite poolt varjatuna äärmiselt väljakutsuv. Me pakume uute kvantmagnetite väljasõelumiseks välja uue unikaalse ja effektiivse meetodi, kus mikroskoopiline teooria on ühendatud moodsaima eksperimentaalse lähenemisega.
Among complex systems with emergent behaviors, frustrated quantum magnets are coming to the forefront, as they are predicted to exhibit novel exotic phases of matter ranging from spin liquids and spin ice to topological insulators and phonon-glass electron-crystals. These collective states might play a fundamental role in future and emerging quantum technologies such as the synthesis of innovative materials for energy harnessing and storage, entanglement-enhanced sensing, and highly efficient quantum computation. The exponentially growing complexity of the Hamiltonians used to describe such systems prevents their efficient analytical study and numerical simulation. Moreover, direct verification in natural materials, sizable noise level, ubiquitous defects and impurities and the limited degree of experimental control is extremely demanding. We propose the combination of unique and efficient experimental techniques with microscopic theory to verify some promising novel quantum magnets.
Selle projekti eesmärk oli jätkata ja laiendada teadusuuringute strateegiat, mille on PI välja töötanud varasematel aastatel. Kuigi meil on vähem kontseptuaalset läbimurdelist metoodikat, seisneb innovatsioon just mitmesuguste materjalde valikus ja elektroonilise struktuuri arvutuste süstemaatilises kasutamises koos eksperimentaalsete mõõtmistega. Frustreeritud kvantmagneetikud moodustavad väga erilise materjalide klassi, kus huvitavad madalenergeetilised omadused on määratud üksnes lokaliseeritud elektronspinnide ja nende naaberspinnide vastasmõjuga. See teema on kaasaegse kondenseeritud aine füüsika teadusuuringute esirinnas. Me uurisime mitmete madalamõõtmeliste frustreeritud magnetite magnetilisi omadusi. Valikut ilmestavad Sutherland-Shastry ühend SrCu2(BO3)2 ja BaCuSi2O6, mis on tuntud magnonite Bose kondensatsiooni nähtuse poolest. Me ühendasime tuuma magnetresonantsi (NMR)eksperimentaalse tehnika ja tihedusfunktsionaali teooria (DFT) arvutuslik meetodi et mõista nende ja teiste kvantmagneetikute magnetilisi omadusi. Teistest materjalidest mainiksime taotluses ilma üksikasjaliku kirjelduseta toodud materjale, mis meie uuringute tulemusel osutusid esindama mitmeid olulisi ja huvitavaid materjaliklasse: anorgaanilised spin-Peierlsi oksiidid (TiPO4), frustreeritud spin-ahela ühendid (β-TeVO4), plakett-tetrameeri "kuppel"-süsteemid (Ba(TiO)Cu4(PO4)4), klatraadisarnased ferromagnetid (Eu7Cu44As23) jne. Projekti peamiseks eesmärgiks oli teadmiste ja üldise arusaama kasv. Uurides uusi materjale, seadsime eesmärgiks aidata kaasa ülemaailmsele jõupingutusele mõista korreleeritud kvantmaterjalide, eelkõige frustreeritud magnetite olemust. Püüdsime sihtida huvitavaid lahendamata probleeme ja avastada uusi, originaalsete magnetiliste omadustega materjale. Metoodika oli optimeeritud maksimaalselt või täielikult ära kasutama olemasolevaid eksperimentaalseid võimalusi nii KBFIs kui laias maailmas (NHMFL, EMFL) ning üldkasutatavaid tipptasemel arvutikoode.