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Emergent Phenomena in Artificial Frustrated Systems and Oxide Superlattices

English title Emergent Phenomena in Artificial Frustrated Systems and Oxide Superlattices
Applicant Farhan Alan
Number 174306
Funding scheme Return CH Advanced Postdoc.Mobility
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.12.2017 - 30.09.2018
Approved amount 85'316.00
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Keywords (7)

Geometrical Frustration; XLD; Nanomagnetism; XAS; Multiferroics; Microscopy; XMCD

Lay Summary (German)

Lead
Frustration ist ein Phänomen, dass in vielen Systemen in der Natur eine tragende Rolle spielt und tritt immer dann auf, wenn Wechselwirkungen innerhalb eines Systems nie gleichzeitig erfüllt werden können. Frustration in magnetischen Systemen führt sehr oft zur Erscheinung exotischer Phänemene, die nicht nur für Grundlagenforschung von Interesse ist, sondern auch für Angewandte Wissenschaften. Durch Klugen Design und der Anwendung modernster lithographischer Methoden and Dünschichtechnologie, um erzeugen mir neuartige frustrierte Systeme, die Eigenschaften besitzen, die in der Natur so nicht vorkommen. Durch die Anwendung von Röntgenbasierter Mikroskopie, ist es dann möglich diese Systeme direkt zu beobachten, um deren Physik nicht nur zu verstehen, sondern nach potentiellen Anwendungen zu suchen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojeckts

 

Das project zielt auf voneinander unabhängige Richtungen.Erstens, wollen wir im Rahmen unserer Spin-Eis-Forschung neuartige Systeme kreieren, die geometrische Frustration aufweisen. Vor allem, die Kreation von thermodynamisch aktiver 3-dimensionaler Systeme ist mittel- bis langfristig von grosser Bedeutung, da hier zum ersten mal ein direkter Vergleich zu natürlich vorkommenden systemen möglich sein wird. Diese künstliche Spin-Systeme werden wir hauptsächlich mit synchrotronbasierter Röngten-Mikroskopie und Streuung untersuchen.

Zweitens zielt das Projekt auf die Untersuchung dünner Oxidschichten hinaus, die die Manipulation der Magnetisierung durch elektrische Felder bei Raumtemperatur ermöglichen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

 

Auf fundamentaler Ebene zielt das Projekt darauf ab ein tieferes Verständnis einfacher Vorgänge in frustrierten Systemen zu erhalten. Die Optimierung magnetoelektrischer Materialien ist vor allem für zukunftige Anwendungen bezüglich energieeffizienter Speichermedien von immenser Bedeutung.

Weiters besteht die Möglichkeit, dass die Optimierung der oben genannten Untersuchungsmethoden zu deren zukünftigen Anwendung in neue Forschungsgebiete einhergeht.

Direct link to Lay Summary Last update: 04.12.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Dipolar Cairo lattice: Geometrical frustration and short-range correlations
Saccone Michael, Hofhuis Kevin, Huang Yen-Lin, Dhuey Scott, Chen Zuhuang, Scholl Andreas, Chopdekar Rajesh V., van Dijken Sebastiaan, Farhan Alan (2019), Dipolar Cairo lattice: Geometrical frustration and short-range correlations, in Physical Review Materials, 3(10), 104402-104402.
Towards artificial Ising spin glasses: Thermal ordering in randomized arrays of Ising-type nanomagnets
Saccone Michael, Scholl Andreas, Velten Sven, Dhuey Scott, Hofhuis Kevin, Wuth Clemens, Huang Yen-Lin, Chen Zuhuang, Chopdekar Rajesh V., Farhan Alan (2019), Towards artificial Ising spin glasses: Thermal ordering in randomized arrays of Ising-type nanomagnets, in Physical Review B, 99(22), 224403-224403.
Emergent magnetic monopole dynamics in macroscopically degenerate artificial spin ice
Farhan Alan, Saccone Michael, Petersen Charlotte F., Dhuey Scott, Chopdekar Rajesh V., Huang Yen-Lin, Kent Noah, Chen Zuhuang, Alava Mikko J., Lippert Thomas, Scholl Andreas, van Dijken Sebastiaan (2019), Emergent magnetic monopole dynamics in macroscopically degenerate artificial spin ice, in Science Advances, 5(2), eaav6380-eaav6380.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Ramesh Lab/ UC Berkeley United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
167642 Thermodynamics of Artificial Two-Dimensional Frustrated Systems 01.12.2016 Advanced Postdoc.Mobility

Abstract

Frustrated magnetism occurs in a variety of lattice geometries where interactions between magnetic moments cannot be simultaneously satisfied. The ability to control the level of spin frustration opens up pathways in manipulating system properties such as increasing the magnetic transition temperatures in magneto-electric multiferroics or controlling phase transitions in artificial spin systems. The main goal of this project is to explore emergent phenomena and exotic phases rising in novel types of artificial two-dimensional frustrated systems, where the degree of spin frustration and disorder can be directly tuned at the nanoscale. In addition, we aim to understand the nature of room-temperature magneto-electric switching emerging in oxide superlattices.
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