Ultrakurze Magnonenpulse und Phonon-Magnon Wechselwirkungen

• Antragsteller: Dr. Alexandr Alekhin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 383678246

Die Untersuchung der ultraschnellen Dynamik in Nanostrukturen ist entscheidend, um die heutigen Grenzen der Prozessgeschwindigkeit in Datenerfassungs- und Telekommunikationstechnologien zu überwinden. Während ultrakurze Laserpulse und akustische Anregungen standardmässig zur Modulation optischer und magnetischer Eigenschaften in ferromagnetischen Nanostrukturen verwendet werden, ist die Erzeugung ultrakurzer (Austausch)-Magnonenpulse im Nanobereich völlig unerforscht. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer experimentellen Technik zur Erzeugung ultrakurzer Magnonpulse, die potentiell zur Manipulation der Magnetisierung in zukünftigen spintronischen Bauelementen genutzt werden können. Darüber hinaus ist diese Untersuchung wichtig, um Einsichten über den fundamentalen Mechanismus der Phonon-Magnon-Wechselwirkung zu gewinnen.Um zum Verständnis der ultraschnellen Magnetoakustik maßgeblich beizutragen, werde ich optische Anrege-Abfrage-Experimente an dicken Filmen von verschiedenen ferromagnetischen Materialien durchführen und die resultierende Magnetisierungsdynamik mit dem zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr-Effekt (MOKE) untersuchen. Aufgrund des inhomogenen Lichtabsorptionsprofils in dicken ferromagnetischen Filmen, führt die optische Anregung mit ultrakurzen Laserpulsen zur Erzeugung ultrakurzer akustischer Pulse. Gleichzeitig führt laserinduziertes Aufheizen eines Ferromagneten zur lokalen Entmagnetisierung und Änderung der magnetokristallinen Anisotropie, wodurch die Richtung des effektiven Magnetfeldes räumlich moduliert wird. Dieser Effekt treibt die kohärente Magnetisierungsdynamik an, die als ein Paket von Spinwellen dargestellt werden kann. In meiner Studie möchte ich die Ausbreitung des Spinwellenpakets als Funktion der Spinwellen-Dispersion durch die systematische Variation der Richtung und der Amplitude des externen Magnetfeldes untersuchen. Ein weiteres Experiment mit mehreren Laserpulsen mit variabler zeitlicher Verzögerung wird es ermöglichen, Magnonpulse mit reduzierter Pulsdauer zu erzeugen. Multipuls-Experimente an verschiedenen ferromagnetischen Materialien (Ni, Co, Fe und deren Legierungen) werden wesentlich zum Verständnis, sowohl der materialspezifischen Eigenschaften der Spinwellenerzeugung und Ausbreitung als auch der Phonon-Magnon-Wechselwirkungen auf ultrakurzen Zeitskalen beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Professor Dr. Vasily Temnov, Ph.D.