Non-collinear magnetism: microscopic origin, all-electrical probe, unconventional states and topological excitations

Geordende structuren in magnetische materialen

Het belangrijkste doel van het promotieonderzoek van Maria Azhar was om een beter fundamenteel begrip te krijgen van de eigenschappen van zogeheten niet-collineaire magneten. Collineariteit is een begrip uit de geometrie: drie punten zijn collineair, als ze op één lijn liggen. Dergelijke magnetische ordeningen die van bijzonder belang zijn voor het onderzoek van Azhar zijn topologische magnetische structuren, zoals de compacte magnetische wervels die bekend staan als skyrmionen. De resultaten kunnen worden gebruikt voor het bestuderen en ontwerpen van magnetische materialen die van bijzonder belang zijn voor technologische toepassingen, zoals kleinere en efficiëntere geheugenapparaten.

Azhar bestudeerde de microscopische mechanismen voor niet-collineaire spin-ordening in magnetische materialen. Spins is een magnetische eigenschap van elektronen die de waarden ‘op’ en ‘neer’ kan hebben. Skyrmionen zijn een soort wervelingen van spins. Azhar bespreekt de interacties tussen spins die aanleiding kunnen geven tot niet-collineaire en multi-periodieke toestanden, en het samenspel tussen verschillende interacties dat zorgt voor een extra mate van complexiteit.

Haar resultaten gebaseerd op het Double Exchange-model laten zien dat een niet-collineaire spiraalordening van spins energetisch gunstiger kan zijn dan de collineaire ferromagnetische toestand, zelfs binnen de limiet van sterke Hund's Rule-koppeling. Zij heeft een rijk fasediagram verkregen voor het driehoekige rooster met veel concurrerende magnetische fasen.

Een studie die Azhar uitgevoerde met A. Aqeel en collega’s laat zien dat volledig elektrische Spin Hall Magnetroweerstandsmetingen kunnen dienen als een probe voor de detectie van complexe niet-collineaire ordeningen, zoals het skyrmion-rooster. Daarnaast introduceerde zij een nieuwe term in de transversale Spin Hall Magnetroweerstand die alleen voor niet-collineaire magneten ongelijk aan nul is.

In een volgende studie presenteert Azhar de gefrustreerde chirale magneet Pb2MnO4 als een nieuw modelsysteem voor de realisatie van complexe niet-collineaire magnetische ordening en topologische defecten. Haar studie van de collineaire antiferromagneet CaFe2O4 laat zien dat de magnetische anisotropiestructuur cruciaal is voor het begrijpen van de tijdsopgeloste THz-spectroscopiemetingen van T. Mai en collega's.

Maria Azhar verrichtte haar promotieonderzoek bij de afdeling Theorie van de Gecondenseerde Materie van het Zernike Institute for Advanced Materials. Zij is nu onderzoeker bij het Karlsruhe Institute of Technology (Duitsland).

Maria Azhar won eerder de Shell Afstudeerprijs voor Natuurkunde met haar onderzoek naar microstructuren

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/ca18163b-ee3a-465b-b760-5a1ba2adbd30