Magnetismens mysterium kräver kvantfysik

Med sju miljoner på fickan genom ett "International career grant" 
ger sig Björn Alling i kast med att lösa fysikens mest grundläggande ekvationer. Vad händer i magnetiska material när det osar hett? 

– Alla materialegenskaper beror på det kvantmekaniska samspelet mellan elektronerna och atomkärnan. Ska vi ta forskningen om funktionella material vidare är det där vi måste börja.

Han är en man med höjd, både i forskning och kroppsmått. Dubbeldoktor (först i Lausanne, sedan Linköping) och teoretiker ut i fingerspetsarna. Men han vill gärna ha en koppling till praktiska tillämpningar.
Björn Alling
– Materialutveckling har blivit allt viktigare för samhället. Hur bygger man ett välfärdssamhälle utan att förstöra vår jord? Järn- och stålbaserade material är fortfarande de viktigaste, för byggnader, fordon, järnvägar, och så kommer det att vara under överskådlig tid. Kan vi förbättra dessa material så minskar både materialåtgång och energibehov. Men då måste vi forska på kvantnivå, och det är där jag jobbar.

Flyttbestyr

När detta skrivs packar Björn Alling väskorna för en flytt till tyska Düsseldorf och Max Planck-institutet för järnforskning, som blir hans bas de närmaste åren. I höstas fick han det nyinrättade International career grant från Vetenskapsrådet, vilket ska finansiera hans projekt om magnetiska legeringar vid höga temperaturer.

– Gruppen i Düsseldorf är tillsammans med oss i Linköping världsledande på simulering av magnetiska material vid höga temperaturer. Var för sig har vi gjort nyckelupptäckter under de senaste åren. Nu ska vi kombinera våra metoder för att kunna ta nästa stora steg.

Järn är ett magnetiskt material men det används mest för sina egenskaper som konstruktionsmaterial. Det är väl känt att magnetismen försvagas vid de höga temperaturer, upp emot 800 grader, som råder när stålet tillverkas och bearbetas. Men vad händer då med de elektriska och mekaniska egenskaperna?

Vid rumsvärme har nästan alla atomer i en bit järn samma magnetiska riktning, spinn. Men i takt med att temperaturen stiger blir spinnet alltmer oordnat i rumtiden. Nära smältpunkten försvinner magnetfältet och atomkärnorna vibrerar kraftigt. Här finns en kunskapslucka att täppa till.

– Att göra kvantfysikaliska beräkningar under sådana förhållanden är svårt, och det är detta jag ska utveckla metoder för. Det handlar om att lösa fysikens mest grundläggande ekvationer, säger Björn Alling.

Dagens superdatorer öppnar nya möjligheter

För att simulera dessa fördolda skeenden krävs en enorm datorkraft och för bara några år sedan var det en utopi att kunna knäcka koderna. Med dagens superdatorer är det inte längre omöjligt. Nationellt superdatorcentrum i Linköping är en viktig del i projektet och på Max Planck-institutet finns en bjässe i samma klass.


– Vi behöver använda alla resurser vi kan få tillgång till.

För en Linköpingskille med fysik som sitt stora intresse kan det väl inte bli bättre. Ett intresse som fick sin näring av besöken på Fenomenmagasinet i lågstadiet och sedan av inspirerande lärare: Kjell Karlsson på gymnasiet och Lars Alfred Engström och Rolf Riklund som lämnade stora avtryck under grundutbildningen på LiU. Björn nämner också Igor Abrikosov, professor i teoretisk fysik, som handledde hans examensarbete om magnetiska legeringar och Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik, som visade vägen till forskarutbildningen i schweiziska Lausanne.

– Jag har haft turen att vara på rätt plats vid rätt tidpunkt, men har också lyckats gripa tillfällena i flykten. Att det behövs både skicklighet och tur för att lyckas inom forskning inbjuder till ett visst mått av ödmjukhet, säger Björn Alling.

Åke Hjelm 2015-03-10
Oordnad magnetism

Figuren illustrerar en simulering av strukturellt oordnat kromnitrid, där även kromatomernas magnetiska moment är oordnade i rummet (blå pilar).

Doktor x 2

Björn Alling är 34 år, född och uppväxt i Linköping. Efter examen på Y-programmet vid LiU gick han vidare som doktorand vid Tekniska högskolan EPFL i Lausanne, Schweiz. Där disputerade han 2009 på en avhandling om hårda material. Året därpå tog han sin andra doktorsgrad på hemmaplan och då handlade det om teoretisk metodutveckling. 2011 fick han ett Young researcher grant från Vetenskapsrådet. Vid LiU har han sedan dess bedrivit projekt om bland annat neutrondetektion, hårda ytmaterial och magnetisk lagring.

Länkar
Fundamental science of thin films (LiU)
Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Kontakt
Visa/dölj innehåll

Forskning
Visa/dölj innehåll