Manipulation von Spin und Magnetismus in reduzierten Dimensionen

• Antragsteller: Dr. Benedikt Scharf
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252665003

Das Studium von Materialien und Systemen niederer Dimensionalität eröffnet faszinierende, neue Möglichkeiten, sowohl grundlegende physikalische Phänomene als auch neuartige Anwendungsbereiche für diese Materialien zu erforschen bzw. vorherzusagen. Dabei stellen die Forschungsgebiete der Spintronik und des Materials Graphen zwei besonders bemerkenswerte und aktuelle Beispiele für das solchen Systemen innewohnende Potenzial dar, was sich auch in der Vergabe der Nobelpreise für Physik in den Jahren 2007 und 2010 für eben jene Forschungsbereiche widerspiegelt.Graphen gilt wegen seiner außergewöhnlichen Transport- und optischen Eigenschaften als attraktives Material für mögliche Anwendungen sowohl in der Nanoelektronik als auch in der Nanooptoelektronik. Andererseits haben Fortschritte auf dem Gebiet der Spintronik während des letzten Jahrzehnts zu einer tausendfachen Steigerung der Kapazität von Computer-Festplatten geführt. Dies ist aber nur die Spitze des Eisbergs: Die Kontrolle von Spin und Magnetismus in einer Vielzahl von Materialien und ihren jeweiligen Nanostrukturen verspricht noch viel weitreichendere Auswirkungen zu haben. Für bestimmte Anwendungen könnten sich Graphen-gestützte Geräte als erheblich leistungsstärker als ihre herkömmlichen Gegenstücke erweisen.Ziel des hier vorliegenden Projekts ist die theoretische Erforschung neuartiger Phänomene in ausgewählten niederdimensionalen Systemen:Im ersten Unterprojekt untersuchen wir die magneto-optischen Eigenschaften von auf Graphen basierenden Systemen. Unsere bisherigen Ergebnisse legen nahe, dass sowohl die optischen als auch die magneto-optischen Eigenschaften von einlagigem Graphen stark von dem verwendeten Substrat abhängen. Dementsprechend untersuchen wir die Rolle verschiedener Substrate auf die magneto-optischen und spin-optischen Leitfähigkeiten sowie auf den Kerr-Effekt von zweilagigem Graphen, Nanobändern und Nanoscheiben. In einem weiteren, diesem nahestehenden Unterprojekt werden dann die Wechselwirkung zwischen Plasmonen und Phononen in diesen Strukturen und der Einfluss dieser Wechselwirkung auf optisch messbare Größen untersucht.Überdies werden wir den Einfluss von Rand- und Oberflächenzuständen auf die (magneto-)optischen Eigenschaften von topologischen Isolatoren untersuchen. Dabei suchen wir vor allem nach möglichen (experimentell nachweisbaren) Auswirkungen des Übergangs zwischen invertierten und normalen Bandstrukturen unter dem Einfluss eines endlichen magnetischen Feldes.Schließlich arbeiten wir an einem Modell zur Beschreibung der Entstehung von magnetischen Polaronen in Quantenpunkten. An zentraler Stelle steht dabei die theoretische Interpretation eines ungewöhnlichen, thermisch verstärkten Magnetismus. Des Weiteren wird die Möglichkeit einer Bandinversion in Quantenpunkten sowie deren Auswirkung auf optische Eigenschaften und Spin- bzw. magnetische Ordnungsparameter untersucht.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Igor Zutic