FOM wijst 2,1 miljoen euro toe aan vijf Projectruimte-onderzoeken

Het Uitvoerend Bestuur van de Stichting FOM heeft besloten vijf aanvragen te honoreren in de FOM-Projectruimte. In totaal is een bedrag van 2,1 miljoen euro aan de projecten toegekend.

De volgende onderzoeksvoorstellen zijn gehonoreerd:

  • Room temperature ferromagnetism in hydrogenated epitaxial graphene: a new paradigm for two-dimensional carbon based magnetism and spintronics, dr.ir. C.F.J. Flipse (Technische Universiteit Eindhoven) en prof.dr.ir. B.J. van Wees (Rijksuniversiteit Groningen)
  • The emergence and (sub)picosecond dynamics of electron-spin correlations in spintronics materials, dr. A.V. Kimel (Radboud Universiteit Nijmegen)
  • From Newton’s cradle to Gibbs’s Grave, prof.dr. J.-S. Caux (Universiteit van Amsterdam)
  • Unraveling the spin dynamics in 1D molecular wires, prof.dr.ir. W.G. van der Wiel (Universiteit Twente)
  • Holography in the de Sitter static patch, dr. D.M. Hofman (Universiteit van Amsterdam)

De Projectruimte is een van de subsidie-instrumenten die FOM heeft om natuurkundig onderzoek te financieren. De Projectruimte maakt kleinschalige projecten mogelijk voor fundamenteel onderzoek met een vernieuwend karakter en een aantoonbaar wetenschappelijke, industriële of maatschappelijke urgentie. In 2014 heeft FOM een budget van circa 10,4 miljoen euro voor de Projectruimte, waarvan 3,0 miljoen euro beschikbaar is gesteld in het kader van het Sectorplan natuur- en scheikunde.

Doorlopend indienen

Onderzoekers kunnen doorlopend aanvragen indienen voor de FOM-Projectruimte. FOM behandelt de aanvragen in batches van 15 à 25 stuks op volgorde van binnenkomst. Aanvragen worden aan referenten voorgelegd en de jury komt in één beoordelingsronde tot het eindoordeel. Ook aanvragen uit de grensgebieden van de fysica komen in aanmerking voor subsidie uit de FOM-Projectruimte, mits het onderzoek voldoende bijdraagt aan de natuurkunde.

Room temperature ferromagnetism in hydrogenated epitaxial graphene: a new paradigm for two-dimensional carbon based magnetism and spintronics

Dr.ir. C.F.J. Flipse (TU/e) en prof.dr.ir. B.J. van Wees (RUG)

Het onderzoeksproject is gebaseerd op eerder werk van de indieners, waarin zij ontdekten dat gehard grafeen bij kamertemperatuur ferromagnetisme vertoont – het fenomeen dat materialen tot permanente magneten maakt. Het grafeen, een enkele laag koolstofatomen, is op een substraat van siliciumcarbide gegroeid. Tussen de twee lagen zit een dunne bufferlaag. In eerder onderzoek vonden de natuurkundigen duidelijk experimenteel bewijs dat zowel het ferromagnetisme, als (onafhankelijk) geobserveerde afwijkingen in het elektronspin-transport die bij kamertemperatuur optreden, het resultaat zijn van elektrontoestanden in de bufferlaag. Zogenoemde vrije radicalen in het silicium (atomen die niet alle covalente bindingen hebben verzadigd), spelen daarbij een belangrijke rol. Het voorgestelde onderzoeksproject richt zich op de rol van de elektronische en magnetische eigenschappen van interacties in de bufferlaag. De studie zal, in combinatie met onderzoek naar elektrische lading en spintransport in vergelijkbare devices, cruciale informatie onthullen over de lokale structuur van de magnetisatie en het achterliggende mechanisme dat deze magnetisatie en afwijkingen in het spintransport veroorzaakt. De onderzoekers zullen de unieke mogelijkheden van het systeem verkennen om een spintransport device te maken, waarin het gehele spinafhankelijke deel in een enkele grafeenlaag zit, die (lokaal) ferromagnetisch is gemaakt door het grafeen te harden. Dit project creëert nieuwe mogelijkheden voor zowel fundamentele als toepassingsgericht onderzoek naar magnetisme en spintronics in tweedimensionaal koolstof.

The emergence and (sub)picosecond dynamics of electron-spin correlations in spintronics materials

Dr. A.V. Kimel (RU)

Al meer dan honderd jaar is bekend dat de elektrische geleiding van een materiaal afhankelijk is van zijn magnetisatie. Dit principe wordt veelvuldig toegepast in computers, bij het verwerken en opslaan van informatie. Het fenomeen is een macroscopisch effect van het feit dat de beweeglijkheid van elektronen in een magnetische metalen of halfgeleiders afhangt van hun intrinsieke magnetisch moment (de spin). Met dit onderzoeksproject willen de natuurkundigen dergelijke elektronspincorrelaties op een snelle tijdschaal te bestuderen, om zo in de toekomst nog snellere manieren van informatieverwerking te kunnen garanderen. De onderzoekers bestuderen op welke manier de elektronische geleiding in magnetische metalen verandert, nadat de magnetisatie in het materiaal plots is gewijzigd met behulp van een ultrakorte laserpuls. Het project gebruikt hiervoor de nieuwste ontwikkelingen in vrije-elektronlasers in het midden- en ver-infrarode gebied, bij de Felix-faciliteit in Nijmegen. Met deze ultrasnelle metingen van spinafhankelijke transportfenomenen, kunnen de fysici vandaag de dag de materialen voor de ultrasnelle informatieverwerking van de toekomst onderzoeken.

From Newton’s cradle to Gibbs’s grave

Prof.dr. J.-S. Caux (UvA)

De inmiddels beroemde kwantumversie van de newtonpendel bestaat uit een wolk koude atomen die in twee delen splitst. Beide delen krijgen een impuls-boost, waardoor ze periodiek heen en weer bewegen binnen een potentiaalgevangenis. Ze botsen herhaaldelijk op elkaar, net zoals biljartballen dat zouden doen. Het experiment heeft uitgewezen dat kwantumsystemen met veel deeltjes, die geïsoleerd zijn van hun omgeving, verrassenderwijs geen thermisch evenwicht bereiken – zelfs niet na een lange tijd. Door de onderlinge interactie zou dat eigenlijk wel te verwachten zijn. De traditionele manier van denken over ergodiciteit (het feit dat alle microtoestanden even waarschijnlijk zijn) en thermisch evenwicht moet dus overboord worden gezet wanneer het experimenteel haalbare, laag-dimensionele situaties betreft. Het doel van dit onderzoeksproject is het begrip van de dynamica van veel-deeltjes systemen die uit evenwicht zijn te verbeteren. De onderzoekers gebruiken daartoe een nieuwe methode, ook wel de ‘quench action’ genoemd. Met de methode kunnen de fysici onder andere steady-state-eigenschappen van het systeem achterhalen. De methode kan ook licht werpen op de relatie tussen ‘quantum dephasing’, het mechanisme dat klassiek gedrag uit een kwantumssyteem haalt, en de manier waarop een veel-deeltjes-systeem terugkeert naar zijn evenwichtsstand. De fysici willen met het project een dieper begrip krijgen van de genoemde processen en de theoretische vondsten in concrete experimentele fenomenologie vertalen.

Unraveling the spin dynamics in 1D molecular wires

Prof.dr.ir. W.G. van der Wiel (UT)

Met dit project willen de onderzoekers de spindynamica ontrafelen die verantwoordelijk is voor de ultrahoge magnetoweerstand (MR) in eendimensionale moleculaire draden, onlangs ontdekt door de indiener. Dit uitzonderlijk hoge MR-effect bij kamertemperatuur wordt toegeschreven aan de dramatische uitwerking van Pauli-spinblokkade in eendimensionaal elektrontransport. Goed gedefinieerde ketens van enkele identieke en perfect uitgelijnde moleculen, waarin elektronspins in wisselwerking staan met een gering aantal kernspins, verschaffen een uniek platform voor het bestuderen van spindynamica in een laag-dimensionaal systeem. Ze maken een directe vergelijking met quantumtheorie mogelijk. Elektrisch gedetecteerde magnetische resonantie (EDMR) metingen die zijn voorgesteld, kunnen ongekende spectroscopische informatie geven in het spinblokkade-regime. De nieuwe geometrie van het device stelt de onderzoekers in staat de spindynamica te karakteriseren als functie van temperatuur, magneetveld (zowel grootte als richting) en elektrisch veld (statisch en tijdsafhankelijk). De verwachte uitkomst van dit onderzoek is een nauwkeurig begrip van de spindynamica in eendimensionale draden, in het bijzonder kennis over de spinrelaxatietijden, de rol van elektronen en gaten en de richting-afhankelijkheid van de hyperfijn-interacties. De verworven fundamentele kennis zal ook bijdragen aan het onderzoeken van de toepasbaarheid van het MR-effect in een nieuwe generatie ultragevoelige magnetische-veldsensoren.

Holography in the de Sitter static patch

Dr. D.M. Hofman (UvA)

In de afgelopen jaren is holografie een belangrijk middel geworden om een kwantumtheorie van zwaartekracht te begrijpen. Deze methode is gebaseerd op de onverwachte dualiteit tussen zwaartekrachttheorieën en simpele kwantummodellen die voor laag-dimensionale holografische schermen zijn geformuleerd. Holografie in een Anti-de Sitter-ruimtetijd, de wiskundige beschrijving van een universum met een negatieve kosmologische constante, is relatief goed begrepen. Dat geldt echter niet voor holografie in een niet-Anti-de Sitter-ruimtetijd. Gezien we in een universum met een positieve kosmologische constante leven, waarbij een de Sitter-waarde alleen in de verre toekomst en het verre verleden werd benaderd, is het cruciaal om holografie ook in deze situatie te begrijpen. Enige universele eigenschappen van de horizons van zwarte gaten wijzen op het bestaan van een algemeen holografisch principe. Dit is voornamelijk relevant in het geval van een de Sitter-ruimtetijd. Als lokale waarnemers kunnen wij alleen een gebied observeren dat bekend staat als de static patch, dat is omgeven met een kosmologische horizon. De eigenschappen van deze horizon zijn erg vergelijkbaar met die van zwarte gaten. Ze zijn succesvol benaderd door holografische methoden te gebruiken. Met dit onderzoeksproject willen de fysici het holografisch principe verder toepassen op de static patch van de de Sitter-ruimtetijd. De recente resultaten van de Bicep2-collaboratie onderstrepen het belang om zwaartekracht ook tijdens de tijd waarin kwantumeffecten heersten, zoals tijdens de inflatieperiode van het heelal, beter te begrijpen.