Quantenkinetische Theorie ultraschneller Phänomene in verdünntenmagnetischen Halbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Vollrath Martin Axt
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263274142

Dieses Projekt ist theoretischen Untersuchungen ultraschneller Phänomene in verdünnten magnetischen Halbleitern [diluted magnetic semiconductors (DMS)] gewidmet, die zu einem Verständnis grundlegender physikalischer Prozesse in DMS, wie Transfer von Spin und Bahndrehimpuls, auf ultrakurzen Zeitskalen führen sollen. Es sollen quantenkinetische Mechanismen identifiziert werden, die für fortgeschrittene technologische Anwendungen von Interesse sind, z.B., die kohärente Kontrolle magnetischer Eigenschaften auf kurzen Zeiten. Das Projekt hat drei konkrete Ziele: Erstens, ein Verständnis des Wettbewerbs von Spin-Bahn und RKKY-artigen Austausch Wechselwirkungen beim Spin-Transfer zwischen freien Ladungen und magnetischen Störstellen. Zweitens, es soll untersucht werden, welche Möglichkeiten der kohärenten Quanten-Kontrolle sich ergeben durch Anregungen mit Licht in definierten Bahndrehimpulszuständen ('twisted light') oder mit intensiven Ein-Perioden THz-Pulsen. Schliesslich ist die Rolle der Elektron-Elektron Wechselwirkung bei Dekohärenzprozessen zu klären, die sich begrenzend auf die kohärente Manipulierbarkeit und den Drehimpuls-Transfer in DMS auswirken kann. Der methodische Ausgangspunkt ist eine kürzlich entwickelte quantenkinetische Dichtematrix-Beschreibung des durch die Austausch-Wechselwirkung bewirkten Spin-Transfers in DMS. Diese Theorie soll weiter entwickelt werden, um zusätzlich die Spin-Bahn und der Elektron-Elektron-Wechselwirkung sowie die Kopplung an 'twisted light' berücksichtigen zu können. Sollte es sich im Verlauf des Projekts erforderlich erweisen, kann auch auf Methoden der nicht-Gleichgewichts Green's Funktionen zurückgegriffen werden. Die Anwendbarkeit der neu entwickelten erweiterten Gleichungen soll durch numerische Studien belegt werden, die die physikalischen Implikationen aufzeigen und einen Vergleich der Vorhersagen mit realistischen experimentellen Situationen (bestehenden oder neu vorgeschlagenen) erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen