New Physics in Artificial Spin Ice via Materials Innovation

通过材料创新实现人造旋转冰的新物理学

基本信息

  • 批准号:
    2310275
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 78.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-Technical AbstractMagnetic materials are extremely important technologically, and magnets that have size scale in the range of nanometers are especially important in a range of applications, such as hard disk drives. The fundamental physics of such tiny “nanomagnets” is also exciting, because collections of them show behavior that cannot be observed in any other physical system and can be controlled very precisely. Collections of these nanomagnets in certain carefully designed arrays are called “artificial spin ice” because they share some underlying physics with water molecules in ice. This research program studies such artificial spin ice composed of carefully chosen materials that result in a wide range of unusual behavior that would otherwise be inaccessible and could have significant technological implications once explored and understood. While the vast majority of prior research in this area uses only simple magnetic materials, this work will introduce more exotic materials to access specific, unusual, and potentially useful physics. Aside from connections to possible technologies, the research will also contribute substantially to the education of both undergraduate and graduate students, and the research efforts will inform the investigators’ work on behalf of the larger research ecosystem in the nation.Technical Abstract The research program will significantly expand the physics that can be probed in artificial spin ice by fabricating arrays from strategically chosen, innovative ferromagnetic materials through a collaboration between two investigators with highly complementary expertise, in materials fabrication and characterization, and magnetic measurements. The research will focus on three thrusts: 1. New artificial spin ice physics enabled by magnetic moments that point out of the plane of the structures, exploring cooperative phenomena that are inaccessible with in-plane moments. 2. Artificial spin ice behavior and superparamagnetism in the regime of strongly-temperature-dependent magnetization. 3. Emergent materials-induced electronic transport phenomena through networks of connected artificial spin ice. The research findings may have technological relevance in new computing paradigms and in magnonics. Undergraduate and graduate student researchers will be deeply involved in the research efforts and will gain a range of skills to advance their professional development. Both investigators will also leverage their involvement in various activities to further support the national research community.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术抽象磁材料非常重要,在纳米范围内具有尺寸尺寸的磁铁在一系列应用中尤为重要,例如硬盘驱动器。这种微小的“纳米磁体”的基本物理学也令人兴奋,因为它们的集合显示出在任何其他物理系统中都无法观察到的行为,并且可以得到非常精确的控制。在某些精心设计的阵列中,这些纳米磁体的集合称为“人造自旋冰”,因为它们与冰中的水分子共享一些潜在的物理。该研究计划研究了由精心选择的材料组成的人工旋转冰,这些材料会导致广泛的异常行为,否则这些行为将是不可接受的,一旦探索和理解,可能会产生重大的技术含义。尽管该领域的绝大多数先前研究仅使用简单的磁性材料,但这项工作将引入更多的外来材料,以访问特定,异常且潜在的物理学。除了与可能的技术联系之外,这项研究还将为本科生和研究生的教育做出基本贡献,研究工作将为调查人员的工作提供代表国家较大的研究生态系统的工作,技术摘要将大大扩展研究计划,可以通过在策略上进行的材料进行材料,从而在材料中进行研究,从而大大扩展这些物理学,这些物理学可以通过在战略上进行的材料进行研究,而这些批次是在策略上进行的,这是一定的材料,这是一定的材料,是在战略上选择的材料。专业知识,材料制造和表征以及磁性测量。这项研究将重点放在三个推力上:1。由指出结构平面的磁性力矩实现的新型人造自旋冰物理学,探讨了与平面内矩无法访问的合作现象。 2。在强度依赖性磁化方面的人造自旋冰行为和超帕磁性。 3。通过连接的人工旋冰网络,新兴材料引起的电子传输现象。研究发现可能在新的计算范式和磁学方面具有技术相关性。本科和研究生研究人员将深入研究研究工作,并将获得一系列技能来提高其专业发展。两位研究人员还将利用他们参与各种活动的参与来进一步支持国家研究界。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准,被视为通过评估而被视为珍贵的支持。

项目成果

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