Vil forstå magnetisme i 2D-metaller

• Af:
  
• Thore Dam Mortensen

Siden 1960’erne har der i fysikkens verden været en gængs forståelse af, at magnetisme ikke kan eksistere i 2D-materialer. Derfor vakte amerikanske og kinesiske forskere stor international opsigt, da det lykkedes dem at måle magnetisme netop i et 2D-materiale (det består af et enkelt lag atomer).

Aktuelt arbejder en forskergruppe ledet af lektor, Thomas Olsen, på DTU Fysik og med flere store bevillinger fra Villum Fonden og Danmarks Frie Forskningsfond i ryggen, nu på at udviklet en model, der kan anvendes til at afgøre, ved hvilken temperatur forskellige 2D materialer er magnetiske.

”Det optimale vil naturligvis være at finde et materiale, der er magnetisk ved almindelig stuetemperatur. Dermed kan materialet blive interessant på sigt at anvende eksempelvis i elektronik. Det er dog ikke lykkedes endnu,” siger Thomas Olsen.

Lektoren har taget udgangspunkt i resultaterne fra tre til fire forskellige 2D-materialer, der ved eksperimenter har vist sig at være magnetiske. Disse resultater har han brugt til at validere den model, han har udviklet og som gør det muligt at bruge supercomputere til at beregne 2D-materialers magnetisme.

”Vi har kunnet identificere 3 parametre ved et materiale, der er nødvendige for at afgøre ved hvilken temperatur et 2D materiale er magnetisk. De tre parametre indgår i en formel eller model, som vi kan bruge til beregnin- gerne. På den måde er det praktisk muligt at gennemføre beregningerne på et par dage på en super computer. Men bag modellen ligger mange store beregninger, såkaldte Monte Carlo simuleringer, som vi har udledt formlen fra – og som hver især er betydelig mere tidskrævende at gennemføre,” siger Thomas Olsen.

Hidtil har lektoren og hans forskningsteam gennemgået en eksperimentel database over flere tusinde materialer for at identificere, hvilke af disse, der har 2D komponenter og er magnetiske. Det fik bragt mæng- den ned til i alt 89 materialer.

Det næste skridt bliver at udvikle en model eller teori, der også kan anvendes til den sidste gruppe af 2D materialerne, der er metalliske.

”Vi tror, potentialet er større for at finde et materiale, der er magnetisk ved stuetemperatur i denne gruppe. Men til gengæld har vi ikke teorien til at kunne undersøge det, da vores nuværende model ikke kan anvendes for metaller. Den teori skal jeg og min forskergruppe i gang med at udvikle i de kommende år”, siger Thomas Olsen.

Endelig har det en særlig betydning i år at arbejde med magnetisme, hvor 200 året for Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen fejres.

”Det er jo interessant, at man stadig finder nye områder for fysikken, hvor magnetisme endnu ikke er ordenligt forstået. Således også i 2D-materialer, selvom vores viden på dette område endnu er begrænset,” konstaterer Thomas Olsen.