Implementierung realer Ab-Initio-Methoden in Nicht-Gleichgewichtsdynamiken

• Antragstellerin: Dr. Ulrike Ritzmann
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 369301287

Das enorme Wachstum der heutigen informationsbasierten Gesellschaft erhöht den Bedarf nach immer schnelleren Prozessen bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch und reduzierter Baugröße. Ein neues und vielversprechendes Konzept zur Entwicklung innovativer Bauelemente liefert die Spintronik: Hierbei wird die Information nicht über die Ladung des Elektrons, sondern über seinen Spin gespeichert. Um schnelle Spin-Operationen zu realisieren, werden jedoch Systeme benötigt, die schnell und stark in Nicht-Gleichgewichtszustände getrieben werden können. Die zugrunde liegenden Mechanismen dieser Nicht-Gleichgewichtsprozesse sind bisher indes kaum verstanden.Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, neue Konzepte herzuleiten, um ultraschnelle Relaxationsprozesse zwischen Phononen, Elektronen und den Spin-Anregungen in realen Materialien zu beschreiben. Um dieses Ziel zu erreichen, werde ich neue Modelle entwickeln, die auf dem Zusammenspiel von Ab-Initio-Methoden mit atomistischen und mikroskopischen Simulationen basieren. Dies ermöglicht eine innovative Multiskalen-Modellierung der Dynamiken in Laser induzierten Materialien auf ultrakurzen Zeitskalen, jenseits konventioneller Methoden.Unter Berücksichtigung nicht-thermischer Relaxationsprozesse werde ich neue Methoden implementieren, um die ultraschnelle Wechselwirkung von Elektronen und Phononen in Materialien wie Gold und Graphit zu beschreiben. Weiterhin werden ultraschnelle Anregungen mit Laserlicht in Heterostrukturen von mir untersucht. Hierbei werde ich Licht induzierte Magnetisierungen und Spinströme in metallischen Heterostrukturen erforschen, um relevante Mechanismen neuartiger Anwendungen wie beispielsweise metallischer Terahertz-Emitter zu verstehen. Zudem werde ich die entstehenden magnonischen Spinströme in Metall-YIG-Heterostrukturen untersuchen, die mittels ultrakurzer Laser-Impulse angeregt werden. Ich werde neue Modelle entwickeln, um unterschiedliche Dissipationsprozesse der Spins in der Spindynamik zu untersuchen. Zu diesem Zweck werde ich die mikroskopischen Mechanismen elektronischer Spinrelaxation untersuchen und gekoppelte Dynamiken des Spin- und Bahndrehmomentes der beteiligten Atome im Festkörper betrachten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Peter Oppeneer