Back to search

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

In-situ correlated nanoscale imaging of magnetic fields in functional materials

Alternative title: In-situ korrelert nanoskala avbildning av magnetiske felt i funksjonelle materialer

Awarded: NOK 8.0 mill.

Funksjonelle materialer er fundamentet for det moderne samfunnet. Dette er materialer hvor egenskapene, som elektriske eller magnetiske særtrekk, kan endres med ytre stimuli. Dette er essensielt for alle duppeditter innenfor informasjon- og kommunikasjonsteknologi, sånn som mobiltelefoner og datamaskiner. For å øke datakraft og energieffektivitet er det nødvendig å lage nye materialtyper med gunstige magnetiske og elektriske egenskaper. Disse nye materialtypene består av veldig små strukturer, helt ned til nanometer størrelse. Denne miniatyriseringen er avgjørende, siden dette fører til nye magnetiske og elektriske egenskaper. Når man prøver å lage disse materialene, ved å forske på slike små strukturer, er man avhengig av å se hvordan egenskapene og materialstrukturen ser ut. Optiske lys-mikroskop strekker ikke til da strukturene er for små. Man må benytte et mer avansert mikroskop: transmisjonselektronmikroskopet (TEM). Her brukes ikke lys, men elektroner til avbildning. TEM er en mye brukt teknikk for å studere atomstrukturer i materialer, men selv om elektroner er godt egnet til å avbilde magnetiske og elektriske felt, er TEM til nå lite brukt til å studere magnetiske og elektriske felt. Målet til dette prosjektet er å gjøre TEM egnet til å studere magnetiske og elektriske felt i materialer, ved å løse to problemer som står i veien for å utnytte potensialet som ligger i teknikken. Først skal vi gjøre det lettere å se de magnetiske og elektriske feltene i materialer ved å utvikle bedre teknikker for dataprosessering. Deretter skal vi lage en "nano-lab-på-chip" som skal gjøre det mulig å utsette materialet for ytre stimuli samtidig som man ser på de i TEM. Et eksempel på dette er å kjøle ned eller varme opp materialet, og se hvordan de magnetiske feltene i materialet endrer seg. Arbeidet vil resultere i nye måter å forske på nano-materialer med funksjonelle egenskaper, og dermed hjelpe oss til å lage nye materialer til bruk i framtidens duppeditter.

Functional properties in materials, such as magnetic and electric fields, are the bedrock of modern society. They power essential devices in information and communication technologies. With the increasing need for more energy efficient devices, there is a clear demand for prototype device concepts made from novel materials. Since the interesting physics of functional materials often arise at the nanoscale, there is a need for techniques which can study these properties at the lowest length scales. Scanning transmission electron microscopy (STEM) is a well-established technique for studying the structure and composition of materials, while the ability to study the functional properties of materials have proven to be more problematic. With the advent of a new class of fast pixelated direct electron detectors, it is possible to image functional properties such as nanoscale magnetic and electric fields directly using STEM - differential phase contrast. This Young talent proposal by Magnus Nord will utilize recent advances in STEM detectors and data processing to establish nanoscale magnetic field mapping within the NORTEM national infrastructure. The project will develop techniques to combine structural and compositional information with direct imaging of functional properties, all at the nanoscale, to study functional materials. This project aims to: i) develop improved experimental methodologies to image fields relevant for device functionality across different material types, ii) create requisite advanced big data processing open source software, and iii) make in-situ hardware tools for calibrating the microscope for magnetic measurements, and cooling and heating the sample across phase transitions. This will bring Norway and the NORTEM infrastructure in the international forefront of measurements of magnetic fields at the nanoscale in functional materials, linking directly to both fundamental and applied research at Center of Excellence QuSpin and the center FACET.

Activity:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek