Ph.d.-forsvar: Dennis opdager magnetisme når to ikke-magnetiske materialer sættes sammen

mandag 16 okt 17

Exploring Magnetic and Electronic Properties in γ-Al2O3/SrTiO3

Hovedvejleder: Nini Pryds

Medvejledere: Yunzhong Chen og Anders Smith

Når to materialer sættes sammen med atomar præcision, kan der opstå helt nye fænomener i grænsefladen mellem dem  – fænomener, som ikke eksisterer i nogen af de to materialer, men kun i grænsefladen. Den 12. oktober 2017 forsvarede Dennis Valbjørn Christensen sin ph.d.-afhandling, hvor han har undersøgt sådanne systemer.

Sammensatte materialer har ofte egenskaber, der ligner egenskaberne af de materialer, man bruger: To metaller, der sættes sammen, opfører sig stadig som et metal, og to elektrisk isolerende materialer anbragt oven på hinanden, kan stadig ikke lede strøm. Men hvis man kan opbygge det sammensatte materiale med atomar præcision, lag for lag, kan der ske uventede ting. For eksempel kan grænsefladen mellem to keramiske materialer, der hver for sig ikke kan lede strøm, blive elektrisk ledende. I sit ph.d.-studium har Dennis møjsommeligt lavet sådanne systemer ved hjælp af såkaldt pulsed laser deposition, hvor man bruger en kraftig laser til at slå atomer løs med høj energi. Atomerne rammer et substrat og danner en meget tynd film, atomlag for atomlag. Bagefter har han undersøgt egenskaberne af grænselaget mellem de to materialer.

Dennis Christensen ved sit ph.d.-forsvarI sin afhandling ”Exploring Magnetic and Electronic Properties in γ-Al2O3/SrTiO3” undersøger han de mange nye egenskaber, der opstår, når de to keramiske materialer alumina (γ-Al2O3) og strontiumtitanat (SrTiO3) sættes sammen. Hver for sig er sådanne oxider elektrisk isolerende og umagnetiske, men når de sættes sammen, opstår der et grænselag, der kan lede strøm, og som udviser magnetiske egenskaber. "Det er meget fascinerende, især fordi man kan twiste egenskaberne på en række forskellige måder ved blandt andet at påtrykke en elektrisk spænding, sætte prøven ind i et magnetfelt eller deformere prøven”, fortæller Dennis Valbjørn Christensen, der i løbet af sit ph.d.-studium har været på forskningsophold ved flere internationale forskningsinstitutter. Eksempelvis har han påvist, at man kan forøge ledningsevnen 10.000 gange ved at påtrykke en elektrisk spænding, og at modstanden ændrer sig kraftigt i  et magnetfelt.

”Ved hjælp af et udstyr, der kaldes en SQUID, som står for superconducting quantum interference device, opdagede jeg, at der opstår en magnetisk orden, når jeg sætter alumina sammen med strontium-titanat. Styrken af det magnetiske signal kan desuden kontrolleres ved af udsætte prøvens overflade for et let mekanisk tryk”, fortsætter Dennis. 

Det langsigtede mål med Dennis’ forskning er at kunne udnytte oxid-systemernes mange spændende egenskaber i elektroniske komponenter. Et vigtigt trin på vejen er forøgelsen af ledningsevnen i grænselaget. Men der venter også udfordringer, fordi mange af de nye egenskaber, som Dennis har studeret, kun optræder ved meget lave temperaturer.  Hvis det imidlertid lykkes at bibeholde egenskaberne ved temperaturer, der er tættere på stuetemperatur, kan oxider pludselig komme i spil inden for adskillige områder såsom hurtige transistorer og komponenter, der benytter sig af effekter som ferromagnetisme, ferroelasticitet og ferroelektricitet. Potentialet er enormt stort, hvis det kan udnyttes.

”Så langt er vi dog ikke nået endnu, men forskningsområdet er også stadig relativt ungt”, fortæller Dennis Valbjørn Christensen, der kom til DTU fra nanoscience-studiet på Københavns Universitet.   

Han skrev bachelorprojekt om magnetisk køling på DTU Energi og blev så hængende, fordi der var en række rigtig spændende projekter. DTU Energi arbejder rigtig meget med materialeforskning, og det var lige ham.

”Det er spændende at lære nye ting hele tiden. Det er min erfaring, at indlæringskurven er høj i starten, og at den så flader ud efter et års tid. Du lærer simpelthen mest i starten. Derfor forsøger jeg at have en masse sideløbende projekter i gang, for jeg vil lære mest muligt, mens jeg kan”, siger han.

Dennis har fået så meget blod på tanden, at han vil fortsætte sin forskning på området. Han har  fået ansættelse som postdoc på DTU Energi, hvor han tilknyttes et projekt, hvor han bl.a. får lejlighed til at samarbejde med nogle af de bedste forskningsinstitutioner i feltet, bl.a. MIT og Imperial College i London. 

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.