Magnon Seebeck Effekt

• Antragsteller: Dr. Oleksandr Serha
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198250808

Die Existenz des Spin-Seebeck-Effektes - die Konversion eines Wärmestroms in einen Spinstrom - innerhalb eines magnetischen Isolators beweist die ausschlaggebende Rolle von kollektiven magnetischen Anregungen, den Spinwellen und ihren Quasipartikeln, den Magnonen, für spin-kalorische Transportprozesse. Außerdem zeigt diese Beobachtung den konzeptuellen Unterschied zwischen den wellenabhängigen spin-kalorischen Phänomenen und der konventionellen thermoelektrischen Generation durch thermisch induzierte Ladungsströme. Die Schlüsselfragen der magnonischen Thermodynamik, wie die Interaktion zwischen den thermisch induzierten Phonon- und Magnonströmen, die Rolle der spektral nicht einheitlichen Temperatur der Magnonen und der Beitrag von dipolaren und austauschdominierten Magnonen, bleiben jedoch noch unbeantwortet. Deshalb ist das Hauptziel unseres Projekts, den zugrunde liegenden physikalischen Mechanismus des Spin-Seebeck-Effekts offen zu legen.Um die Beiträge der thermisch aktivierten Magnonenstöme zu diesem Phänomen zu verstehen, werden die zeitlichen und spektralen Charakteristiken eines Magnonengases im Detail mit Hilfe der zeitaufgelösten Brillouin-Lichtstreuung auf Distanzen oberhalb einiger Mikrometer analysiert. Sowohl Laser- als auch Mikrowellenerhitzung sollen genutzt werden, um hohe thermische Gradienten in räumlich eng umrissenen Regionen zu erzeugen. Den Prozess, in dem ein Spinstrom in eine elektrische Spannung umgewandelt wird, werden wir in-situ untersuchen, indem wir die Daten von durch Temperaturgradienten in einem magnetischen Medium erzeugten Magnonenströmen mit der gemessenen elektrischen Spannung in der angrenzenden Metallschicht vergleichen.Die Manifestation von magnonisch vermittelten thermischen Effekten ist stark von der Dämpfung der Magnonen abhängig. Deshalb wurden Yttrium-Eisen-Granat Einkristalle und Heusler-Legierungen als Studienobjekte ausgewählt. Das erstgenannte Material ist ein magnetischer Isolator, der eine extrem geringe Dämpfung besitzt. Es stellt ein ideales Modellmedium für die Untersuchung von ladungsträgerfreien, magnonischen Spinströmen dar. Das zweite Material repräsentiert eine vielversprechende, neuartige Klasse von spintronischen Materialien, welche hohe Spinpolarisation mit geringer magnetischer Dämpfung kombinieren. Des Weiteren planen wir, die freie mittlere Weglänge der Magnonen in beiden Materialien durch die Variation der Temperatur im Bereich von 10 K bis 400 K zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Beteiligte Person: Professor Dr. Burkard Hillebrands