Nuovi strumenti per studiare le dinamiche a livello atomico
L’Europa ha bisogno di avere una varietà di fonti energetiche sostenibili, e la luce solare è molto interessante. Il continente ha inoltre bisogno di migliorare in modo significativo la memorizzazione magnetica per far fronte al crescente flusso di dati. Anche se non ci si aspetterebbe che un singolo progetto di ricerca potesse affrontare entrambi i problemi, il progresso della teoria della dinamica ultraveloce nei materiali reali riesce a fare proprio questo. Il progetto CRONOS (Time dynamics and control in nanostructures for magnetic recording and energy applications) è riuscito a sviluppare una teoria quantitativa, flessibile e pienamente atomistica della dinamica ultraveloce. L’uso della teoria del funzionale della densità dipendente dal tempo è stato un approccio chiave alle indagini. Gli scienziati hanno applicato in entrambi i codici principali, ELK e Octopus, una gamma di strumenti che rendono possibili nuovi calcoli, ossia condizioni periodiche al contorno per solidi e impulsi laser di intensità e forma arbitrarie. Essi hanno inoltre inventato nuovi funzionali di scambio e correlazione per calcoli più accurati relativi a materiali reali. In un lavoro all’avanguardia, i membri del progetto hanno dimostrato la coerenza del trasferimento di energia nei materiali delle celle solari organiche. In particolare, essi hanno mostrato che durante la formazione di eccitoni la densità di carica e l’energia associata oscillano in modo coerente tra il donatore e l’accettore. I risultati hanno un impatto di ampia portata poiché convalidano una grande quantità di studi sul trasferimento coerente di energia nella conversione dell’energia solare e potenzialmente in biologia. Finora non erano mai stati effettuati studi dinamici sui sistemi magnetici a livello elettronico. Gli scienziati hanno spiegato sufficientemente i processi microscopici che spingono la demagnetizzazione ultraveloce nei metalli magnetici. Una legge di scala che mette in relazione la forza spin orbita e la velocità di demagnetizzazione è stata stabilita e dimostrata. Questa legge si applica a tutti i materiali magnetici, a prescindere dal loro ordine macroscopico (ferromagnetico, antiferromagnetico o ferrimagnetico). Inoltre, il team ha esaminato a fondo le risposte ottiche delle interfacce tra materiali magnetici e non magnetici. Avendo migliorato la teoria del controllo ottimale quantistico, gli scienziati possono adesso progettare con successo degli impulsi laser che causano la produzione della generazione ad alte armoniche di molecole. Essenzialmente, questo significa che è possibile progettare la frequenza di risposta di oggetti reali. Un lavoro simile è stato effettuato sulle dinamiche dello spin dell’elettrone di punti quantici e metalli di transizione granulari. I risultati di CRONOS sono stati pubblicati in oltre 140 articoli di ricerca in riviste a revisione paritaria. Inoltre, i ricercatori del progetto hanno tenuto oltre 100 lezioni in eventi internazionali e hanno organizzato circa 20 workshop e simposi in varie conferenze.
Parole chiave
Dinamica ultraveloce, energia solare, magnetizzazione, materiali magnetici, teoria atomistica
