Nieuwe professor: Marcos Guimarães

Magnetisme in 2D

Sinds 1 februari is Marcos Guimaraes assistent professor bij het Zernike Instituut van de RUG. Hij gaat zich bezighouden met tweedimensionale materialen en magnetisme. ‘Het doel van mijn onderzoek is om meer inzicht te krijgen in de optische en magnetische eigenschappen van materialen in twee dimensies. Met die kennis kunnen we dan nieuwe materialen maken met specifieke eigenschappen. Bijvoorbeeld om beter geheugen voor computers te kunnen maken.’

Voor Guimaraes is Groningen niet nieuw. Na zijn master bij de Federal University of Minas Gerais in zijn geboorteland Brazilië, werkte hij van 2010 tot 2014 als promovendus bij Bart van Wees. Daarna werkte hij twee jaar als postdoctoraal onderzoeker bij de Cornell University in de Verenigde Staten. De laatste twee jaar werkte hij als onderzoeker bij de Technische Universiteit in Eindhoven, gesponsord door een NWO Veni subsidie. ‘In Cornell leerde ik werken met elektrische methoden om magneten de manipuleren (spin-orbit torque) en in Eindhoven met tijdafhankelijke magneto-optics, waarmee we de magnetisatie over de tijd kunnen meten. De kennis die ik daar heb opgedaan kan ik hier toepassen.’

Taart stapelen

Voor zijn onderzoek combineert Guimaraes verschillende tweedimensionale materialen; materialen die één laag atomen dik zijn en daardoor bijzondere eigenschappen hebben. Hij kijkt niet alleen naar één zo’n laag, maar stapelt verschillende lagen op elkaar. Guimaraes vergelijkt het met een taart. ‘Een taart bestaat uit verschillende lagen: een laag koek, een laag slagroom, weer een laag koek, dan een laag chocola, een laag vruchten en een laag slagroom bijvoorbeeld. Al die lagen losse lagen smaken weer anders als je ze combineert. En het mooie is dat je zo eindeloos kunt combineren, er zijn heel veel verschillende ‘smaken’ aan materialen, die samen weer nieuwe unieke eigenschappen krijgen. Dat maakt het werken met tweedimensionale materialen zo mooi.’

Twee richtingen

Het onderzoek van Guimaraes heeft twee richtingen. ‘Ik ben allereerst geïnteresseerd in magnetic optics: we bestuderen het de draairichting van elektronen (de spin) en magnetisch gedrag met behulp van lasers. Ik ben geïnteresseerd in de dynamiek van deze systemen: hoe ze zich gedragen, hoe lang de spin blijft bestaan en hoe het magnetisme zich in 2D gedraag Zo leren we de eigenschappen van tweedimensionale materialen steeds beter kennen.’

De andere richting is een meer toegepaste richting. ‘Hiervoor gebruiken we een ‘taart’ van tweedimensionale materialen. Daar bovenop zit een magneet. Door stroom door de lagen te laten lopen, kan de buitenlaag van dit materiaal de spin ‘opstapelen’. Die kunnen op hun beurt de richting van de magneet daar bovenop, veranderen. Die verandering blijft langdurig. Dat maakt zulke systemen gericht voor een nieuwe generatie memory devices, om bijvoorbeeld het geheugen van computers te verbeteren.’

Industrie

Guimaraes werkt graag met tweedimensionale materialen omdat er zoveel ‘smaken’ zijn. ‘Er zijn heel veel combinaties mogelijk en dat kan interessante materialen opleveren en verschillende effecten. Maar voor de industrie is het moeilijk die materialen te maken. Wij zoeken in het klein uit welke ‘smaken’ interessante effecten opleveren, en dan kunnen we daarna proberen om andere materialen te maken met dezelfde eigenschappen, waar de industrie wel mee kan werken.’