Spintronik mit Antiferromagneten und Phononen (SHARP)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Olena Gomonay
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397322108

Das vorgeschlagene Forschungsprojekt liefert neue Wege und Möglichkeiten Antiferromagnete mittels Phononen und Magnetoelastischer Kopplungseffekte zu messen und zu manipulieren. Das junge und lebhafte Forschungsfeld der antiferromagnetischen Spintronik befasst sich insbesondere mit der aktiven Kontrolle und Manipulation von Antiferromagneten. Antiferromagnetisch basierte Bauteile weisen viele notwendige Eigenschaften auf um Energieeffizienz, Konnektivität und die Informationssicherheit zu erhöhen. Speicherzellen, welche auf Antiferromagneten basieren, sind permanent und ermöglichen aufgrund ihrer intrinsischen, schnellen Schaltbarkeit im Teraherzbereich, niedrigere Energiekosten beim Schreib- / und Leseprozess. Diese intrinsische Frequenz von Antiferromagneten erweitert den Bereich der Bandbreiten für Kommunikation. Zudem sind Antiferromagneten still im elektromagnetischen Bereich und sichern damit die kodierte Information vor nicht autorisiertem Zugriff. Diese Stille ist zwar nützlich für Informationssicherheit, jedoch verhindert es eine direkte Beobachtung sowie die Kontrolle von antiferromagnetischen Bauteilen und auch das Wechselsspiel untereinander.Das Ziel des Projekts SHARP ist es die Stimme von Antiferromagneten zu hören, zu lernen wie man mit diesen spricht und wie man sie kommunikativ macht. Hierzu werden wir uns auf Phononen konzentrieren, welche in Antiferromagneten typischer Weise stark mit dem magnetischen Subsystem gekoppelt sind.Wir werden modellieren wie man lesbare Informationen über das Realzeitverhalten von antiferromagnetischen Bits mittels Phononen erhält, transferiert und ausgibt. Solch eine Spin-Mechanische Schnittstelle eröffnet ebenfalls neue Wege für die Detektion antiferromagnetischer Zustände auf der Nanometerskala und für die effektive Kontrolle und Manipulation von antiferromagnetischen Texturen und Skyrmionen. Wir werden unsere theoretischen Analysen durch mikromagnetische Simulationen stützen. Hierbei planen wir hauptsächlich mit MUMAX 3 und mittels der OMNeS Software zu arbeiten. OMNeS ist eine Software, die gerade in unserer Gruppe entwickelt wird, und unter anderem speziell für die Beschreibung von Antiferromagneten, auf welche verschiedene Spin-Drehmomente wirken, konzipiert ist.Weiterhin werden wir magnetoelastische Wechselwirkungen und elastischen Freiheitsgrade in die Simulationssoftware aufnehmen, um die Auswirkungen von Magnon-Phonon-Kopplungen auf die spinstrominduzierte Dynamik von antiferromagnetischen Nanoteilchen und Texturen zu charakterisieren.Wir werden das Konzept der Phonon-Ströme als Werkzeug für die Visualisierung, Manipulation und Kommunikation zwischen antiferromagnetischen Nanoteilchen und Skyrmionen entwickeln.Die Integration von Phononen als zentrales und verbindendes Element der antiferromagnetischen Spintronik wird auf natürliche Weise ein neues physikalisches Regime etablieren und zu neuen Funktionsmöglichkeiten von antiferromagnetisch-basierten Bauteilen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jairo Sinova, Ph.D.