Icke-jämvikts-funktionalisering av korrelerade material

Att mer effektivt kunna styra egenskaper hos material är ett måste för att åstadkomma de teknologiska framsteg i hållbarhet som vi behöver för att möta klimatutmaningen. Traditionellt så har forskningen fokuserat på att ta fram bättre material genom att ändra vilken typ av atomer som ingår i materialet för att på så sätt förbättra materialets egenskaper.

I och med utvecklingen av lasrar som genererar ultrasnabba ljuspulser, så har en ny möjlighet för att styra egenskaperna hos material öppnats. Ljuspulserna kan nämligen användas för att optiskt pumpa material långt ifrån deras vanliga jämvikts tillstånd, och nå icke-jämvikts-tillstånd med helt nya materialegenskaper. På detta sätt har man lyckats kontrollera både de magnetiska och supraledande egenskaperna hos material. En typ av material som är speciellt intressanta är de starkt korrelerade materialen vars konkurrerande frihetsgrader genererar komplexa kollektiva tillstånd, t.ex. gigantisk magnetoresistans och högtemperatur-supraledning. Möjligheten att styra dessa egenskaper med ljus skulle öppna dörren för en rad omvälvande teknologiska applikationer.

I detta forskningsprojekt kommer vi därför studera icke-jämvikts- dynamiken i ljusdrivna korrelerade material med hjälp av tidsberoende kvantmekanisk mångpartikel-simulering. Vi kommer fokusera på anomala laddnings fluktuationer från stark skärmning och relativistiska effekter från spin-orbital koppling, och studera dessa med dynamisk medelfälts teori. Målet är att utröna hur optiska pulser bäst kan användas för att kontrollera den laddnings ordning och den exotiska magnetism som dessa effekter genererar. Resultaten kommer ge vägledning till pågående ljuspump experiment på material innehållande övergångs metallerna järn, nickel och rutenium, samt bidra med ny kunskap hur ljus kan användas för att styra materialegenskaper.