Molekylsimulator ska ge bättre förståelse för kvantmagnetism

Magnetism styrs av kvantmekanik, men den bakomliggande teorin är komplex, speciellt för mångpartikelsystem. Wallenberg Academy Fellow Shantanu Mishra ska utveckla en experimentell kvantsimulator för att ta reda på hur magnetism uppstår i material.

För en fundamental förståelse av magnetism behövs kvantmekanik. I kvantmekaniken beskrivs magnetiska egenskaper matematiskt med så kallade Hamiltonoperatorer. För system med många atomer kan Hamiltonoperatorerna vara alltför komplexa att förstå teoretiskt, vilket förnärvarande begränsar vår kunskap om systemens magnetiska egenskaper.

Dr Shantanu Mishra vid IBM Research Europe i Zürich, Schweiz, kommer att bygga ett slags experimentell kvantsimulator. Med hjälp av organiska molekyler kommer han att konstruera nanostrukturer som efterliknar de teoretiska Hamiltonoperatorerna. Det kan verka paradoxalt att utforska magnetism med organiska molekyler, som vanligtvis inte uppvisar magnetism. Magnetism uppstår då elektroner är oparade vilket kan ske för organiska molekyler med specifika strukturer där elektroner ”tvingas” att vara oparade.

Shantanu Mishra kommer att studera magnetismen i nanostrukturerna med sveptunnelmikroskopi och atomkraftsmikroskopi. Detta är tekniker som möjliggör karakterisering av materia på atomär skala. Med hjälp av mikroskopen kan Dr. Mishra bygga nanostrukturer med extrem precision genom att kontrollerat bryta eller bilda enskilda kemiska bindningar. Förhoppningen är att projektet ska ge nya insikter i några av fysikens mest svårtolkade fenomen, som kvantspinnvätskors beteende och högtemperatursupraledning.

Som Wallenberg Academy Fellow ska Shantanu Mishra vara verksam vid Chalmers tekniska högskola. 

Foto: Patrik Lundin