Magnetyczne nanostruktury o niespotykanych dotąd właściwościach będą tworzyć, a następnie badać fizycy z Uniwersytetu w Białymstoku oraz Instytutu Fizyki PAN w Warszawie. Na swój projekt naukowe konsorcjum zdobyło dofinansowanie w ramach konkursu OPUS-19 zorganizowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Wartość projektu to blisko 2,4 mln zł. Ponad 1,2 mln trafi do Białegostoku.

Fizycy zaprojektują, a następie wykonają z precyzją atomową magnetyczne nanostruktury – układy złożone z wielu warstw składowych, z których każda zbudowana jest jedynie z kilku warstw atomowych.

- W takich strukturach udział atomów tworzących granicę warstwy (interfejs) jest znaczny. Ponieważ właściwości magnetyczne atomów interfejsu różnią się od tych w środku warstwy ze względu odmienną symetrię otoczenia, tego typu struktura charakteryzuje się odmiennymi właściwościami niż tradycyjny materiał objętościowy – wyjaśnia prof. dr hab. Andrzej Maziewski z Katedry Fizyki Magnetyków UwB. – Wykorzystując obliczenia „z pierwszych zasad” właściwości magnetycznych, chcemy zaprojektować materiały z magnetyczną anizotropią prostopadłą do powierzchni warstw, odpowiednim ich sprzężeniem magnetycznym oraz oddziaływaniem Działoszyńskiego-Moriyi (ostatnio intensywnie badanym w metalicznych nanostrukturach). Spodziewamy się, że w zaprojektowanych przez nas strukturach będą występować magnetyczne konfiguracje typu spinowe spirale czy skyrmiony. Są one dla nas atrakcyjne nie tylko ze względów poznawczych. Możliwe, że znajdą praktyczne zastosowania np. jako nośniki informacji magnetycznej, media do propagacji fal spinowych czy w urządzeniach wykonujących operacje logiczne.

Liderem konsorcjum jest IFPAN – tam prace będzie koordynował prof. dr hab. Andrzej Wawro. Koordynatorem zadań realizowanych w UwB będzie prof. Maziewski. Jak przypomina białostocki naukowiec, to już kolejne przedsięwzięcie realizowane wspólnie przez obie jednostki. Jest kontynuacją wieloletniej współpracy naukowej (realizowanej również w ramach Krajowego Centrum Nanofizyki i Spintroniki SPINLAB), która zaowocowała blisko setką wspólnych publikacji oraz pracami doktorskimi i rozprawami habilitacyjnymi wykonanymi w Białymstoku i w Warszawie.

Najnowszy projekt będzie realizowany przez kilkunastoosobowy zespół badawczy składający się z fizyków posiadających wieloletnie doświadczenie w wytwarzaniu i w badaniach nanostruktur. Planowane jest również zatrudnienie na cztery lata dwóch doktorantów – po jednym w Białymstoku i w Warszawie (tam została już wybrana absolwentka Lebanese University z Libanu, która rozpocznie w marcu 2021 pracę nad modelowaniem nanostruktur we współpracy z dr. hab. Carmine Autieri z MagTop IFPAN (Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR-SPIN, Italy)).

- Chcielibyśmy jak najszybciej zrekrutować osobę, która w Katedrze Fizyki Magnetyków UwB podejmie prace doświadczalne. Będzie m.in. badać wytworzone w IFPAN nanostruktury – głównie w wykorzystaniem technik magnetooptycznych rozwiniętych na Uniwersytecie w Białymstoku – zapowiada prof. dr hab. Andrzej Maziewski. - Doktoranci będą też uczestniczyli w międzynarodowych szkołach magnetycznych, specjalistycznych workshopach. Ponadto będą współpracowali z zagranicznymi doktorantami w Białymstoku i w Warszawie zatrudnionymi w innych projektach.

Ze środków uzyskanych na realizację projektu planowana jest też rozbudowa zaplecza aparaturowego Katedry Fizyki Magnetyków UwB. Zakupiony zostanie elektromagnes do spektrometru nieelastycznego rozpraszania światła BLS oraz skaner do mikroskopu sił magnetycznych MFM. Sprzęt będzie wykorzystany do badania statyki i dynamiki procesów magnesowania wykonanych w IFPAN magnetycznych nanostruktur. Do opisu tych procesów będzie wykonywane mikromagnetyczne modelowanie.

Jak zapowiadają pomysłodawcy badań, projekt będzie realizowany we współpracy krajowej (z jednostkami SPINLAB) oraz międzynarodowej. Planowane jest wykorzystanie również dużych urządzeń badawczych, takich jak synchrotrony (SOLARIS w Krakowie i synchrotrony zagraniczne).

Więcej informacji o projekcie, zatytułowanym „Syntetyczne warstwowe struktury magnetyczne z regulowanym interfejsowym oddziaływaniem Działoszyńskiego-Moriyi, prostopadłą anizotropią magnetyczną i międzywarstwowym sprzężeniem”, można znaleźć na stronie NCN: www.ncn.gov.pl/listy-rankingowe/