Ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in Perovskit Filmen und Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mathias; Professor Dr. Vasily Moshnyaga
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399572199

In unserem Projekt möchten wir optisch angeregte ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in stark korrelierten Perovskitfilmen und -heterostrukturen zusammen mit der induzierten Elektronen- und Gitterdynamik untersuchen. Insbesondere interessiert uns, wie ultraschnelle Photodotierung zur Unterdrückung oder Verstärkung einer ferromagnetischen Phase genutzt werden kann, und wie Femtosekunden-Spinströme sich auf die Balance zwischen verschiedenen Phasen in diesen Materialien auswirken können.Typischerweise werden solche Experimente zur Femtosekunden-Spindynamik mittels dem zeitaufgelösten magnetooptischen Kerr Effekt (MOKE) durchgeführt. Hier hat sich jedoch über viele Jahre gezeigt, dass es in korrelierten Materialien oft sehr schwierig ist, das Signal der Magnetisierungsdynamik vom Signal der Elektronen- und Gitterdynamik zu trennen. Der Grund hierfür liegt in der kollektiven Antwort korrelierter Materialien auf eine optische Anregung, bei der die zur Magnetisierungsdynamik einhergehende Dynamik von Elektronen und Gitter den Brechnungsindex des Materials ändert, was wiederum zu Änderungen im Kerr Signal führt, aber keinen magnetischen Ursprung hat.Um dieses Problem zu lösen werden wir neue experimentelle Methoden nutzen und Experimente an „Kontrast“-Systemen von korrelierten Perovskitmaterialien durchführen. Für unsere Experimente steht uns, zum einen, der von uns entwickelte zeitaufgelöste MOKE im extrem ultravioletten Spektralbereich zur Verfügung. Mit dieser Technik konnten wir bereits zeigen, dass man kaum sensitiv auf Änderungen des Brechungsindex und damit fast ausschließlich sensitiv auf die echte Magnetisierungsdynamik ist. Zum zweiten wurden die transienten Signale im sichtbaren MOKE in den letzten drei Jahren wesentlich besser verstanden, was uns ebenfalls hilft die Spindynamik von der Elektronen- und Gitterdynamik zu unterscheiden. Schlussendlich nutzen wir in unserem Antrag zur Herstellung der stark korrelierten Materialien die Technik der Metallorganischen Aerosoldeposition. Diese ermöglicht uns schnell und mit höchster Qualität eine Vielzahl verschiedener Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und getunten Elektron-Spin-Gitter Wechselwirkungen herzustellen. Die auf diese Weise hergestellte „Kontrast“-Filmproben werden bezüglich ihrer ultraschnelle Spindynamik experimentell untersucht um, z.B., die Rolle der Elektron-Phonon-Kopplung in der (Ent)Magnetisierungsdynamik in optimal dotierten Manganate aufklären. In Zukunft kann ein eindeutiger Zugang zur Magnetisierungsdynamik in korrelierten Materialien dazu genutzt werden grundlegend mehr über die Korrelationen zwischen den Subsystemen Spin, Elektron, Phonon, etc. zu lernen. Eine weitere interessante Forschungsrichtung wäre beispielsweise auch die Untersuchung von photo-induzierten „hidden states“ in solchen Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Daniel Steil