Nachweis von Spinströmen über den magnetischen zirkularen Dichroismus in der Röntgenabsorptionsspektroskopie (XMCD) - eine theoretische Untersuchung

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Ebert
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327501276

Das Theorieprojekt zielt darauf ab XMCD (magnetischer zirkularer Dichroismus in der Röntgenabsorption) Experimente zur Untersuchung dynamischer magnetischer Eigenschaften im Bereich der Spintronik auf ab-initio Niveau zu beschreiben. Der Schwerpunkt wird bei Experimenten, die Spinströme induziert durch ein elektrisches Feld (EFI-XMCD) bzw. ferromagnetische Resonanz (FMR-XMCD) abbilden, sowie bei der Motivation neuer Experimente liegen. Alle Arbeiten werden auf der lokalen Spindichtefunktionaltheorie (LSDA) und deren Erweiterungen basieren, wobei die elektronische Struktur über Greensche Funktionen dargestellt wird, die über den relativistischen Vielfachstreuformalismus ermittelt werden.Eine erste Beschreibung des EFI-XMCD in FM/NM-Schichtsystemen (FM und NM: ferromagnetisches bzw. normales Metall) wird durch die Kombination von Kubos Lineareantworttheorie mit der Theorie zum XMCD erreicht. Entsprechende Rechnungen erlauben einen ersten Vergleich mit Experimenten an Systemen im dynamischen Gleichgewicht (steady state - SS). Für diese Situation wird im nächsten Schritt eine aussagekräftigere Beschreibung des EFI-XMCD durch den Einsatz des entsprechend angepassten Nichtgleichwichts-Green-Funktionsformalismus (SS-NEGF) erreicht. Entsprechende Rechnungen werden die Anwendbarkeit der Lineareantworttheorie klären und eine detaillierte Interpretation laufender Experimente liefern, die Spinströme sowohl im NM- als auch im FM-Teil von FM/NM-Schichtsystemen abbilden. Diese Arbeiten werden insbesondere den Mechanismus aufklären, der den induzierten XMCD verursacht sowie dessen Verknüpfung mit den Spinströmen.Zur Beschreibung aktueller FMR-XMCD-Experimente an FM/NM-Schichtsystemen, bei denen Spinströme durch Spinpumpen über die FMR angeregt werden, wird zunächst die adiabatische Näherung eingesetzt. Dabei wird insbesondere die Beziehung zwischen dem induzierten Spinstrom und den XMCD-Spektren diskutiert. Bei weitergehenden Arbeiten wird der allgemeine Keldysh NEGF Formalismus eingesetzt, wobei auf Entwicklungen des Antragstellers zu Pump-Probe-Experimenten in der Photoemission aufgebaut wird.Weitere Arbeiten behandeln den Einsatz des EFI-XMCD zur Untersuchung und Bestätigung neuer Magneto-Transporteigenschaften und sollen entsprechende Experimente anregen. Der Edelstein-Effekt, d.h. das Auftreten einer Magnetisierung, die in Systemen ohne Inversionssymmetrie induziert wird, wird für NM-Volumen und NM/NM-Schichtsysteme untersucht werden. Die XMCD-Spektren werden über die magneto-elektrische Suszeptibilität durch Anpassung der XMCD-Summenregeln interpretiert werden. Zusätzlich werden EFI-XMCD-Spektren berechnet um Experimente anzuregen, die das Auftreten longitudinaler Spinströme in Systemen mit niedriger Symmetrie belegen sollen, das vom Antragsteller vorhergesagt wurde. Zu diesem Zweck werden NM/NM-Schichtsysteme untersucht werden, die einen ausgeprägten Effekt zeigen sollten, der sich auf Grund der Symmetrie klar vom Edelstein-Effekt unterscheidet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen