CAREER: Design and synthesis of functional van der Waals magnets

职业:功能性范德华磁体的设计与合成

基本信息

  • 批准号:
    2338229
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 72.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-02-15 至 2029-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-technical abstract:Understanding and controlling the physical properties of materials is important for both scientific research and technological advancement. This project conducts a comprehensive experimental investigation to unveil the underlying magnetic energy scales that affect long-range magnetic ordering in van der Waals magnets. The successful acquisition of this information is pivotal to the fundamental understanding of magnetism in low-dimensional systems and broader progress in quantum materials. The novel materials design and synthesis part of this project aims to generate a large pool of newly available compounds that exhibit a wide range of magnetic properties. These new magnets further contribute to the emergent field of quantum magnetism, essential for realizing the quantum revolution in future technologies. The education plan integrates with this research project by broadening education in magnetism and condensed-matter experimental techniques at multiple levels to benefit graduate, undergraduate, and K-12 students. The education plan also promotes the values of diversity, equity, and inclusion in physics consistent with the University of Arizona’s institutional commitments and designation as a Hispanic-Serving Institution.Technical abstract:Magnetism offers a unique avenue for manipulating physical properties at the nanoscale. However, the development of low-dimensional magnetism faces significant constraints due to a limited understanding of magnetic properties and a lack of available layered magnetic materials. The goals of this project are to advance the understanding of low dimensional magnetic ordering through systematic thermodynamic characterization, and to synthesize new magnetic van der Waals (vdW) materials that will play a major role in future electronics. Experimental efforts focus on systematically characterizing the magnetic exchange interaction and magnetic anisotropy of bulk vdW magnets through low-temperature magnetization and heat capacity measurements. These experimental results are crucial for a quantitative understanding of the key factors that influence the magnetic properties of layered magnets in both bulk form and at the two-dimensional limit. The project team also aims to design and synthesize new functional vdW magnets that exhibit a controlled magnetic behavior and high magnetic ordering temperature by integrating chemistry and physics guiding principles. This project taps into underdeveloped areas that include rare earth magnetism and perovskite-type structures, which offer a wide tunability in both electronic and magnetic states. Results from exploratory synthesis experiments are made publicly available, contributing to a balanced training dataset for future machine learning developments aimed at accelerating new material discovery.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术摘要:理解和控制材料的物理特性对于科学研究和技术进步都很重要。该项目进行了全面的实验研究,以揭示影响范德华磁体中远程磁有序的潜在磁能尺度。成功获取此信息对于低维系统中磁力的基本理解和量子材料的更广泛进展至关重要。该项目的新型材料设计和合成部分旨在生成大量新近可用的化合物,这些化合物存在多种磁性。这些新磁铁进一步有助于量子磁性的新兴领域,这对于实现未来技术的量子革命至关重要。该教育计划通过在多个层面上扩大磁性教育和凝结的实验技术来使研究生,本科和K-12学生融合到该研究项目。该教育计划还促进了与亚利桑那大学的机构承诺和设计一致的物理学价值,并作为西班牙裔服务机构的设计。但是,由于对磁性特性的了解有限和缺乏可用的分层磁性材料,因此低维磁性的发展面临着重大限制。该项目的目标是通过系统的热力学表征来促进对低维磁有序的理解,并综合新的磁性范德华(VDW)材料,这些材料将在未来的电子产品中起主要作用。实验努力集中在系统地表征通过低温磁化和热容量测量值的磁性交换相互作用和磁性VDW磁铁的磁各向异性。这些实验结果对于对影响分层形式和二维极限的分层磁体的磁性特性的关键因素的定量理解至关重要。该项目团队还旨在设计和合成新的功能VDW磁铁,通过整合化学和物理学指导原理,从而暴露了受控的磁性行为和高磁性订购温度。该项目挖掘到不发达区域,其中包括稀土磁性和钙钛矿型结构,这些结构在电子和磁状态下都具有广泛的可密斥性。探索性综合实验的结果公开可用,为未来的机器学习开发数据集提供了旨在加速新材料发现的未来的培训数据集。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来支持的。

项目成果

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会议论文数量(0)
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    Marc de Boissieu

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