Doktorsvörn í efnafræði - Moritz Sallermann

Hlekkur á Zoom

Doktorsefni:
Moritz Sallermann

Heiti ritgerðar:
Tölvureikningar á Hopfeindum með atómskala spunalíkani

Andmælendur:
Dr. Viðar Guðmundsson, prófessor emeritus við Raunvísindadeild Háskóla Íslands
Dr. Vitaliy Lomakin, prófessor við rafmagns- og tölvuverkfræðideild, University of California, San Diego, Bandaríkjunum

Leiðbeinandi:
Dr. Hannes Jónsson, prófessor við Raunvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasviðs Háskóla Íslands

Um er að ræða sameiginlega doktorsgráðu með RWTH Aachen í Þýskalandi

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Pavel Bessarab, dósent við stærðfræði- og eðlisfræðideild, Linnaeus University, Svíþjóð
Dr. Nikolai Kiselev, vísindamaður við Peter Grünberg Institute I, Research Center Jülich, Þýskalandi
Dr. Stefan Blügel, prófessor við Peter Grünberg Institute I, Research Center Jülich & RWTH Aachen University, Þýskalandi

Doktorsvörn stýrir:
Dr. Birgir Hrafnkelsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar Háskóla Íslands

Ágrip:
Megin viðfangsefni þessarar ritgerðar eru segul Hopf-eindir, en það eru þrívíðar stakeindir sem einkennast af Hopf-fastanum, stærð sem lýsir því hvernig ferlar með tilteknu gildi á segulvæginu fléttast í rúminu. Þessar áhugaverðu stakeindir samsvara staðbundnum orkulágmörkum í sumum seglandi efnum og eru afleiðing af stríðandi skiptaverkunum. Rannsóknir á þeim geta því gefið upplýsingar um grundvallar eðliseiginleika en það er líka mögulegt að þær verði notaðar í háþróuðum spunarásum. Lykilatriðið varðandi hagnýtingu Hopf-einda er að kanna hvernig þær eyðast og þá hver líftími þeirra er við tiltekið hitastig. Í ritgerðinni er notað atómskalalíkan af Heisenberg-gerð með stríðandi skiptaverkunum til að fá fram Hopf-eindir og kanna tímaframvindu spunakerfisins. Sérstaklega er kjörsveifilsnálgun virkjunarástandskenningarinnar (HTST) notuð, en það er skilvirk og öflug aðferð til að fá mat á líftíma staðbundinna segulástanda sem og hvarfganginum við eyðingu þeirra. HTST aðferðafræðin er ennfremur útvíkkuð með því að taka til greina varmadrifnar færslur kerfisins í gegnum virkunarástandið. Þessi útvíkkun aðferðafræðinnar gefur betri lýsingu og mat á líftíma segulástanda með því að taka til greina flökt vegna hitastigs auk pólveltunnar. Grundvallardæmi um mikilvægi þessa er snúningur staks spuna með stefnuhneigð (t.d. harður segull) þar sem HTST nálgunin bregst þar eð hún spáir engum líkum á hvarfi. Til að lýsa þessum segulbreytingum á magnbundinn hátt eru reikniaðferðir innleiddar svo sem gagnvega hnippt teygjuband (GNEB) tengt við aðlagaða tvennuaðferð til að ákvarða virkjunarástönd nákvæmlega og þar með samsvarandi orkuhóla fyrir eyðingu Hopf-einda. Í samræmi við viðtekna aðferðafræði, eru fyrstu gráðu söðulpunktar fundnir á orkulandslaginu. Þeir sýna að eyðing Hopf-eindanna felur í sér myndun Bloch punkta sem síðan ferðast um efnið. Rannsóknirnar sýna að stöðugleiki Hopf-eindanna fer eftir stærð þeirra miðað við grindarfastann, þannig að stærri eindir eyðast síður. Rannsóknarverkefnið felur einnig í sér ýmsa útvíkkun og endurbætur á aðferðarfræðinni sem er notuð í reikningunum, þar með: (i) skilvirka lýsingu og túlkun á Goldstone háttum sem koma fram vegna samhverfu Hopf-eindanna, og (ii) skilvirka reikninga á gisnu jákvæðu ákveðunni í forstuðli líftímalíkingarinnar sem tengd er entrópíu. Með því að yfirstíga þessar áskoranir gefa niðurstöður reikninganna ekki bara tölulega spá um líftíma Hopf-eindanna heldur gefa þær líka innsýn í samspil orku og entrópíu í þessum kerfum. Þær kennilegu og tölulegu greiningar sem ritgerðin setur fram bæta verulega við skilning okkar á þeim grundvallar þáttum sem hafa áhrif á stöðugleika Hopf-einda.

Um doktorsefnið:
Moritz Sallermann lauk BS- og MS-prófi í eðlisfræði frá RWTH Aachen-háskólanum í Þýskalandi. Í kjölfarið hóf hann doktorsnám samkvæmt sameiginlegum samningi (cotutelle) í eðlisfræði við RWTH Aachen, þar sem hann stundaði rannsóknir við Forschungszentrum Jülich, og í efnafræði við Háskóla Íslands. Doktorsrannsóknir hans beindust að óreiðu (entrópíu) og líftíma staðfræðilega varinna spunagerða í segulefnum. Við Háskóla Íslands tók hann einnig þátt í þróun skautanlegs atómlíkans af vatni, þar sem stikar líkansins voru ákvarðaðir út frá reikningum sem byggja á grundvallarlögmálum skammtafræðinnar. Síðar starfaði hann við rannsóknir á tölvulíkönum af próteinum við Complutense-háskólann í Madríd. Auk eðlisfræðinnar hefur hann áhuga á stærðfræði, einkum tölulegum aðferðum, vísindaforritun í C++ og Python, þróun opins hugbúnaðar, tölvuleikjum, bókalestri og hæfilegri hreyfingu.