SAMURAI

SAMURAI; Utnyttelse av det unike samarium-ionet i samariumtrihalider

SAMURAI-prosjektet har som mål å studere kompleks magnetisk orden og bindingsavhengig magnetisk oppførsel innen samariumforbindelser. Et viktig mål er å utforske eksotiske tilstander som Kitaev kvantespinnvæsken — en tilstand preget av høyt sammenfiltrede kvantespinn, som er viktig for vår forståelse av kvantematerialer og beregninger.

Å lage materialer med definert magneto-krystallinsk anisotropi er svært viktig innen kondenserte fasers fysikk og materialvitenskap. Dette krever en dyp forståelse av samspillet mellom Coulomb-interaksjoner – de frastøtende kreftene mellom elektroner – og materialets magnetiske basisnivåer. For å designe materialer med lav magneto-krystallinsk anisotropi, fremstår samarium (Sm) som en enestående kandidat for utforskning blant de sjeldne jordartsmetallene.

Samarium(III) viser én av de minste gruppene av magnetiske basisnivåer, bestående av kun tre nivåer fra J=5/2-multiplettet, som er okkupert av fem elektroner. Coulomb-interaksjonene mellom disse elektronene fører til en svært sfærisk symmetrisk elektrisk og magnetisk konfigurasjon – en egenskap som gjør samarium(III)-forbindelser særlig interessante.

SAMURAI-prosjektet har som mål å undersøke kompleks magnetisk orden og bindingsavhengig magnetisk oppførsel, slik som Kitaevs kvantespinnvæske, muliggjort av lav magneto-krystallinsk anisotropi. Uelastisk nøytronspredning er et usedvanlig kraftig verktøy for å identifisere eksotiske tilstander som Kitaevs kvantespinnvæske, men den høye nøytronabsorpsjonen til naturlig samarium gjør nøytronspredning utfordrende. Vekst av høykvalitets enkeltkrystaller med isotopen Sm-154 vil muliggjøre prosjektet, da dette dramatisk reduserer nøytronabsorpsjonen og gjør det mulig å identifisere de magnetiske grunntilstandene.

Til slutt vil SAMURAI-prosjektet tilføre sterk og bred aktivitet innen nøytronvitenskap, og styrke det norske forsknings- og brukerfellesskapet. Med tanke på den kommende europeiske spaltningskilden ESS, er det avgjørende for Norge å bygge kompetanse og sikre et aktivt brukerfellesskap. Dette vil sikres gjennom bruk av den nasjonale nøytroninfrastrukturen NcNeutron, som vil danne grunnlaget for fremtidig bruk av ESS.

Samarbeidspartnere

• PSI – Paul Scherrer Instituttet (Sveits)
• KTH – Kungliga Tekniska högskolan (Sverige)