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TRR 227:  Ultraschnelle Spindynamik

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328545488
 
Schnell und klein - das sind die Anforderungen an künftige Technologien, die wir täglich erleben, wenn wir elektronische Geräte benutzen. Unter diesen Bedingungen ist der Spin des Elektrons der vielversprechendste Freiheitsgrad, um Informationen zu kodieren, zu transportieren und zu verarbeiten, und dies potenziell mit geringer Energie, ultraschnellen Geschwindigkeiten und in ultrakleinen Volumina. Während für künftige Anwendungen Bandbreiten im Terahertz-Bereich nötig werden, finden wir in heutigen spin-basierten Anwendungen 2-3 Größenordnungen niedrigere Taktraten. Unser SFB/TRR hat sich daher zum Ziel gesetzt, Spindynamik auf ultraschnellen Zeit- und atomaren Längenskalen in Festkörpern zu untersuchen und so eine Grundlage für neue Technologien zu schaffen. In der ersten Förderperiode haben wir Stimuli und Sonden für die Untersuchung der Spindynamik mit Femtosekunden- und Nanometerauflösung, sowie Multiskalenansätze zur Modellierung und Vorhersage ultraschneller Spindynamik entwickelt und erfolgreich eingesetzt. So konnten wir neuartige Phänomene in modernen magnetischen Materialien und vielversprechenden 2D-Systemen für opto-spintronische Anwendungen aufklären. In der zweiten Förderperiode haben wir unsere Materialbasis um Systeme mit komplexerer Spinstruktur erweitert. Wir konnten nachweisen, dass die ultraschnelle Anregung von Magnonen die Entmagnetisierung elementarer Ferromagneten treibt. Höhere Multiplett-Anregungen sind ein neuer Mechanismus zur Anregung von Spin und orbitalem Drehimpuls in 4f-Metallen. Mittels transienter Gitter und Pulssequenzen konnten wir grundlegende räumliche und zeitliche Grenzen der rein optischen Magnetisierungsumschaltung ermitteln. Wir haben den Bereich der antiferromagnetischen Spintronik auf die ultraschnelle Zeitskala ausgedehnt und neue Wege zur effizienten Kontrolle und Abfrage von Spinsystemen bei THz-Raten und auf Nanometer-Längenskalen erforscht. Für die dritte Förderperiode ist unser TRR gut vorbereitet, um die folgenden wichtigen Ziele anzugehen: Wir wollen Spinströme erzeugen und das Umschalten der Magnetisierung im sub-Pikosekundenbereich untersuchen. Wir werden spezifische Anregungen wie Multiplett-Anregungen, Phononen, Spin und orbitale Drehmomente für Kontrolle der THz-Spindynamik und der ferromagnetischen und antiferromagnetischen Ordnung untersuchen. In 2D-Systemen werden wir nach Analoga zu bekannten Spin-Phänomenen für den Pseudospin von Exzitonen suchen. Mittels zeitabhängiger Dehnungs- und elektrischer Felder planen wir Magnonen und Magnetisierung in 2D-Ferromagneten zu kontrollieren. Wir werden unseren Blick um Formen des Drehimpulses jenseits des Spins erweitern, indem wir den Drehimpuls von Phononen und Elektronenbahnen für die ultraschnelle Manipulation der magnetischen Ordnung und Anisotropie nutzen. Schließlich wollen wir das erlangte Verständnis der Femtosekunden-Spindynamik in neuartige Funktionalitäten und Anwendungen für künftige ultraschnelle spinbasierte Technologien übertragen.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Freie Universität Berlin
Mitantragstellende Institution Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
 
 

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