Modelado de materiales magnéticos

No hace mucho, las técnicas para modelar y evaluar materiales magnéticos eran demasiado simplistas para reproducir con precisión todos los datos obtenidos en experimentos. Pero en 1995, los investigadores del Laboratorio de Ames, liderados por Bruce Harmon, desarrollaron una técnica computacional de ''dinámica de espín'' que se puede utilizar para representar y evaluar con precisión las fluctuaciones de los momentos atómicos (Orientaciones magnéticas) en materiales magnéticos sólidos a diferentes temperaturas. Entre sus beneficios, el método se puede utilizar para hacer cálculos de sistemas de tamaño realista a temperaturas de interés práctico y científico. Utilizando esta técnica, los científicos por primera vez determinaron teóricamente los momentos magnéticos en hierro y níquel a altas temperaturas, incluso por encima de una temperatura clave a la que los momentos magnéticos varían en magnitud y apuntan en direcciones aleatorias. Los estudios actuales se centran en cómo y por qué los defectos específicos en los imanes permanentes son cruciales para determinar las propiedades magnéticas deseables. El Laboratorio Nacional de la cresta de roble y sus colaboradores utilizaron la técnica en un cálculo de supercomputadora récord.

Proponemos producir materiales modelo para estudiar problemas fundamentales en el magnetismo cooperativo utilizando dos estrategias sintéticas diferentes. Una línea de ataque es preparar compuestos iónicos extendidos que tienen la red deseada de átomos magnéticos; Alternativamente, podemos construir el magnético a partir de unidades moleculares, dirigir la arquitectura a través de la direccionalidad de unión de estas unidades.

En ambos casos, las celosías objetivo tienen una topología dimensional baja y/o frustrada, y están diseñadas para sondear desarrollos recientes en magnetismo fundamental que sugieren que tales materiales pueden tener nuevos estados de tierra y excitaciones magnéticas. Y en particular carácter fluido de giro. También proponemos preparar grupos metálicos Nanoscale DE ALTO giro y estudiar la relajación de su magnetización; esto es de considerable interés fundamental como ejemplo de un proceso macroscópico que puede ser controlado por la tunelización Mecánica Cuántica; También puede tener importancia práctica como base para un dispositivo de memoria magnética molecular.

Todo este trabajo requiere mediciones de susceptibilidad magnética dependientes del tiempo y la frecuencia, por lo que solicitamos una actualización del aparato de magnetómetro de calamar CC existente para permitir que se realicen mediciones de CA, Y proponer apoyar el acceso abierto a este equipo, fortaleciendo nuestro servicio informal de caracterización magnética.

Impacto científico: el enfoque de la dinámica de espín es una contribución significativa a los fundamentos de una nueva teoría de la dinámica de los momentos magnéticos a temperatura finita y en respuesta a campos externos aplicados. Permite a los científicos modelar las propiedades del material a temperatura ambiente, a la que normalmente se utilizan imanes.

Impacto Social: el magnetismo metálico es clave para muchas tecnologías, incluido el almacenamiento de datos magnéticos y los dispositivos de generación de energía eléctrica. El modelado preciso de la conmutación de bits de la computadora es esencial para el diseño de futuros discos de computadora de alta densidad, y la capacidad de optimizar materiales magnéticos de alta temperatura conducirá a motores y transformadores más eficientes en energía.