Forskning avslöjar magnetism i grundämnen – publicerad i Science

Olle Eriksson vid dator

Gästprofessor Olle Eriksson har tillsammans med kolleger gjort beräkningarna som bekräftar upptäckten av en hittills unik form av magnetism för ett grundämne.

Forskare vet nu att magnetismen i grundämnet neodym har en unik karaktär. Resultatet är publicerat Science, en av världens mest prestigefyllda vetenskapliga tidskrifter.
– Vi kunde med våra teoretiska modeller visa att experimenten stämde, säger Olle Eriksson, gästprofessor i fysik vid Örebro universitet.

Neodym, en av de så kallade sällsynta jordartsmetallerna, används inte enbart som del av magneter utan även i laserteknik och som färgämne i glas.

Forskning om sällsynta jordartsmetaller är något av en skandinavisk specialitet och tradition. Många av metallerna har upptäckts i Sverige och har namn som knyter an till fyndorter, som till exempel holmium (Stockholm) och ytterbium (Ytterby gruva).

Det handlar om grundforskning och forskarna har visat att grundämnet neodym har en magnetisk struktur som tidigare enbart kunna påvisas i olika legeringar, till exempel mellan koppar och mangan.

– Vi som forskare söker där det finns vita områden på kunskapskartan, säger Olle Eriksson. Han är sedan 2017 gästprofessor vid Örebro universitetet där han arbetar tillsammans med forskare i tillämpad matematik, en vetenskap som ligger nära teoretisk fysik och beräkningsvetenskap.

Stor ekonomisk betydelse

Forskningsresultaten som nu publicerats i Science är ett samarbete mellan Uppsala universitet, Örebro universitet och Radboud University i Nijmegen, Nederländerna. De svenska forskarna har utfört de teoretiska beräkningarna medan experimenten gjorts i Nijmegen.

Magneter har en stor betydelse för dagens ekonomi och är en förutsättning för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi, som i till exempel vindkraftverk och vattenkraftverk.

– Hela den teknologin bygger på magneter och magneter som består av en blandning av neodym, järn och bor är de bästa vi känner till idag, säger Olle Eriksson.

Det som hittills varit okänt är formen av magnetism i neodym, det som forskarna kan avslöja i artikeln i Science. Strukturen kallas spinnglas och har aldrig tidigare kunnat påvisas i ett grundämne.

Beter sig som fiskar i ett stim

De finns olika former  av magnetism. Olle Eriksson liknar spinnglas-magnetismen med ett fiskstim: stimmet böljar fram och tillbaka och simmar åt olika håll, men alla fiskar i stimmet simmar ungefär åt samma håll. Fiskarna motsvarar i den magnetiska verkligheten av elektroner i par som ger ett pyttelitet magnetiskt utslag, något som kan liknas med en kompassnål i miniatyr.

– Vi kunde med våra modeller utan större bekymmer visa att experimenten stämmer, och att magnetismen i neodym beter sig ungefär som ett fiskstim, säger Olle Eriksson.

En ovärderlig tillgång för forskarna är enligt Olle Eriksson den svenska forskningsresursen för högpresterande datorberäkningar, SNIC, Swedish National Infrastructure for Computing.

– Vi skulle inte klara av den teoretiska delen av forskningen om vi inte kunde göra datorsimuleringar, säger han.

Kan bidra till AI i framtiden

Den praktiska tillämpningen av detta forskningsresultat är ännu långt borta:

– Men om jag drömmer mig bort 10 eller 20 år in i framtiden så kan den här upptäckten användas inom artificiell intelligens där fiskstim-egenskapen hos magnetismen kan var en del i att få maskiner att fungera som en mänsklig hjärna, säger Olle Eriksson.

Nästa steg i detta forskningsprojekt är att granska flera av grundämnena som ligger nära neodym i det periodiska systemet, de så kallade sällsynta jordartsmetallerna. Grannen till vänster, praseodym, står på tur. Olle Eriksson har tillsammans med forskare i Nijmegen och Hamburg fått ett ”ERC synergy grant” på 80 miljoner  och kan fortsätta sin forskning inom detta område.

Olle Eriksson räknar också med att fler personer i forskargruppen i tillämpad matematik i Örebro blir involverade.

Text och foto: Maria Elisson