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Phonon Magnetic Moments and Angular Momentum in Flexible Framework Materials

Description du projet

Comprendre ce qui se cache derrière les vibrations exotiques qui font tourner les atomes en rond

Le monde quantique est constitué d’unités fondamentales, qu’il s’agisse de particules de matière, de paquets de lumière ou même de vibrations individuelles de type particule dans les solides, appelées phonons. Alors que les vibrations sont généralement des mouvements de haut en bas et d’avant en arrière, il s’avère que les phonons qui font tourner les atomes en rond peuvent également avoir un spin mécanique et électromagnétique. Bien qu’ils soient généralement de très faible amplitude, ces spins peuvent être amplifiés dans certains matériaux. Cela pourrait faciliter leur caractérisation et peut-être révéler de nouveaux phénomènes quantiques. Le projet PhononMoments, financé par l’UE, appliquera des méthodes informatiques et théoriques avancées à l’étude du mouvement circulaire forcé et naturel des atomes dans ces matériaux afin de mieux les appréhender.

Objectif

This project will study how the magnetic moments and orbital angular momenta of phonons are related to chemical structure, electronic structure, and to each other. Phonons, which are particle-like vibrational excitations in solids, are not normally considered to have an angular momentum (a mechanical spin) or a magnetic moment (an electromagnetic spin). However, it has recently been discovered that vibrations that cause atoms to move in circles can in fact have these properties, although their magnitudes are thought to be extremely small in conventional materials. We aim to study these exotic properties of phonons in flexible framework materials, which are materials which combine extreme stiffness in some directions with extreme compliance in others. This combination can give rise to very low energy vibrational modes, which results in very large motions of the atoms, and therefore we expect flexible frameworks to have much larger phonon magnetic moments and angular momenta than in conventional materials.

Our goal is to discover materials with very large phono-magnetic effects, ideally sufficiently large that they can be measured using existing experimental techniques. Large phono-magnetic effects would also allow the magnetic moment of the phonon to interact with magnetism due to the spins of electrons, leading to a heretofore undescribed physical interaction which could be useful in the study of magnetic materials. We will use computational and theoretical methods to study both materials where the circular motions of atoms require external stimulus to occur, and also chiral materials where the atoms can naturally move in circles. In this latter case, the introduction of magnetic order in the material can break the symmetry between phonons of one handedness and the other, potentially leading to emergent bulk effects such as a thermally driven angular momentum of the crystal as a whole.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2020

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Coordinateur

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH
Contribution nette de l'UE
€ 191 149,44
Adresse
Raemistrasse 101
8092 Zuerich
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 191 149,44