Moderne datacentra gebruiken magnetische harde schijven om gegevens op te slaan. De technologie voor het uitlezen van de opgeslagen magnetische informatie verbeterde aanzienlijk na de ontdekking van 'giant magnetoresistance', waarvoor in 2007 de Nobelprijs is toegekend. Het proefschrift van Sergey Artyukhin gaat over het schrijven van informatie. Dat wordt nog altijd gedaan met behulp van stromen door kleine elektromagneten waardoor er veel hitte ontstaat in de harde schijf. Dit vergroot de energieconsumptie en belemmert een verdere vergroting van de informatiedichtheid.

Het warmteprobleem kan eventueel worden opgelost door gebruik te maken van multiferroïsche materialen. Recentelijk hebben Tokunage et al. (Nature Materials, 2009) laten zien dat het mogelijk is de magnetisatie in het multiferroïsche materiaal GdFeO₃ te veranderen door middel van een elektrisch veld. Hierbij zijn dus geen directe stromen nodig. De veranderingen in de magnetisatie zijn echter klein.

Interactie tussen spins

Het onderzoek van Artyukhin suggereert dat deze veranderingen klein zijn door de interactie tussen de Fe en Gd spins, wat ervoor zorgt dat de ferro-elektrische en ferromagnetische domeinwanden zich samen voortbewegen. Verder laat hij zien dat de interactie tussen de spins van zeldzame aardmetalen en Fe een zeldzame magnetische toestand kan stabiliseren die recentelijk is ontdekt in TbFeO₃.

Ook legt hij uit waarom ferro-elektrische en ferromagnetische domeinwanden gekoppeld zijn in het multiferroïsche zeshoekige YMnO₃. Dit is een oneigenlijk ferro-elektrisch materiaal, waarbij de polarisatie wordt veroorzaakt door een structuurovergang-trimerisatie.

Cntroverse opgelost

De Landau-theorie voor dit materiaal wordt in het proefschrift geformuleerd. Die geeft een verklaring voor het experimenteel gevonden aan elkaar plakken van ferro-elektrische en antiferromagnetische domeinwanden en het bestaan van zeshoekige ferro-elektrische wervelstructuren.

In een ander hoofdstuk wordt de bijzondere ferromagnetische, niet geleidende toestand in met Fe gedoteerd FeTiO₃ bestudeerd. Daarnaast is een al lang bestaande controverse tussen de resultaten van optische absorptie-experimenten en de resultaten van cyclotronresonantie-experimenten voor het materiaal Cu₂O opgelost.

Sergey Artyukhin (Rusland, 1984) studeerde wis- en natuurkunde aan het Moscow Institute of Physics and Technology. Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Zernike Institute for Advanced Materials van de RUG.

Frustrated magnets: non-collinear spin textures, excitations and dynamics

Datum: 13 fbruari 2012

Promotie: dhr. S. Artyukhin, 12.45 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Frustrated magnets: non-collinear spin textures, excitations and dynamics

Promotor(s): prof.dr. M. Mostovoy, prof.dr. J. Knoester