Magneettisen mikromaailman kautta lähemmäs uutta tietotekniikkaa (Väitös: FM Jussi Tikkanen, 30.6.2017, fysiikka)
Perovskiittimanganiiteista on moneksi: polttokennoiksi, valoilmaisimiksi, uudenlaisiksi tietokoneen muistielementeiksi. Monipuolisuuden hintana on kuitenkin monimutkaisuus – manganiittien toiminnan ymmärtämiseksi on kyettävä yhdistämään kokeellisen ja laskennallisen materiaalifysiikan menetelmiä uusin tavoin. Tähän haasteeseen on tarttunut Jussi Tikkanen Turun yliopistossa tarkastettavassa fysiikan alan väitöskirjassaan.
Turun yliopiston tiedote 20.6.2017
Jussi Tikkanen kartoitti väitöstutkimuksessaan kokeellisesti erään perovskiittimanganiitteihin lukeutuvan materiaaliryhmän, praseodyymikalsiummanganiittien (PCMO), magneettisen rakenteen. Tärkeänä osana työtä onnistuttiin myös kehittämään uusi laskennallinen menetelmä, jolla kokeellisen aineiston ja sitä kuvaavien teoreettisten mallien välille saatiin rakennettua käytännöllinen yhteys. Näin saavutettu kokonaiskuva on perusedellytys teollisten sovellusten, kuten uudenlaisten tietokonemuistien, kehitykselle.
– PCMO on kenties kuuluisin ns. kolossaalisesta magnetoresistiivisyysilmiöstään. Riittävän vahvaan magneettikenttään joutuessaan tämä materiaali, joka tavallisesti eristää sähköä, muuttuu nopeasti ja palautuvasti miltei metalliseksi, minkä ansiosta siitä voidaan suunnitella erinäisiä eksoottisia elektroniikan komponentteja, Turun yliopistossa väittelevä Tikkanen kertoo.
Valitettavasti useimmat PCMO:n mielenkiintoiset ominaisuudet, joihin lukeutuu myös mm. energiatehokkaat jäähdytinlaitesovellukset mahdollistava magnetokalorinen ilmiö, nostavat päätään vasta hyvin matalissa lämpötiloissa. Perustutkimuksen kannalta tämä voi kuitenkin olla jopa hyvä asia.
– PCMO on siinä mielessä prototyyppiaine, että se alkaa toimia kunnolla vasta, kun pakkasta on yli 70 celsiusastetta. Onneksi meillä Wihurin fysiikantutkimuslaboratoriossa on pitkät perinteet matalien lämpötilojen fysiikassa, eli tarvittava mittauslaitteisto kyllä löytyy, ja todellisuudessa lämpötilan laskeminen lähelle absoluuttista nollapistettä helpottaa myös monin tavoin tulosten teoreettista tarkastelua lämpöliikkeen heiketessä, Tikkanen sanoo.
Väitöstutkimus selvitti laaja-alaisin kokein PCMO:ssa havaittavien yhdeksän eri magneettisen rakenteen ominaisuudet suhteessa lämpötilaan ja kalsiumin määrään. Päätuloksena voidaan kuitenkin pitää tapaa, jolla tämä magnetismin viidakko saatiin yksinkertaistettua vain kahden erilaisen mikroskooppisen rakennetyypin väliseksi vaihteluksi, joka lopulta mallinnettiin laskennallisesti. Mikroskooppinen malli toteutettiin Monte Carlo -tietokonesimulaationa, joka kykeni toistamaan monet havaitun magneettisen käyttäytymisen piirteet numerontarkasti.
– Perovskiittimanganiitit muistuttavat rakenteeltaan hyvin paljon korkean lämpötilan suprajohteita, mistä johtuen molempien materiaaliryhmien fysiikkaan liittyy samankaltaisia avoimia ongelmia. Toivottavasti nyt löydettyjen uusien työkalujen voimin olemme askeleen verran lähempänä ratkaisua, Tikkanen sanoo.
***
FM Jussi Tikkanen esittää väitöskirjansa Praseodymium calcium manganites: Magnetism across length scales julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 30.6.2017 klo 12 (Turun yliopisto, Quantum, Auditorium, Vesilinnantie 5, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Roland Mathieu (Uppsala Universitet, Ruotsi) ja kustoksena professori Petriina Paturi (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Jussi Tikkanen on syntynyt vuonna 1988 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Salon lukiossa vuonna 2007. Tikkanen suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2013. Väitöksen alana on fysiikka. Tikkanen työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.
Väittelijän yhteystiedot: p. 040 585 3707, jptikk@utu.fi
Väittelijän kuva https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/tikkanen_jussi.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://www.doria.fi/handle/10024/136367