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Projekt
Topologische Magnetisierungsdynamik in Skyrmion Materialien
Antragsteller
Professor Dr. Markus Garst
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403030645
Magnetische Skyrmionen sind zweidimensionale topologische Texturen der Magnetisierung. In dreidimensionalen Systemen können diese Texturen sich in die dritte Dimension fortsetzen und Skyrmion-Strings ausbilden. Die nicht-triviale Topologie dieser Objekte beeinflusst deren Dynamik in fundamentaler Art und Weise.In diesem Forschungsprojekt sollen Aspekte dieser Dynamik näher untersucht werden.Im ersten Teil werden einzelne Skyrmion-Strings in einem feldpolarisierten Hintergrund untersucht. Solche Strings besitzen eine Goldstone Mode aufgrund der Brechung der Translationssymmetrie. Mit Hilfe der nicht-linearen Spinwellentheorie soll die effektive Niederenergietheorie dieser Goldstone Mode hergeleitet werden inklusive der führenden Nichtlinearitäten. In einer vorausgehenden Arbeit wurde die Form dieser Theorie phänomenologisch mit Hilfe von Symmetrieargumenten postuliert. Dieses Ergebnis soll nun mit einer mikroskopischen Rechnung überprüft werden. Die Nichtlinearitäten sind insbesondere in der Lage Einzelwellen zu stabilisieren, die sich entlang der Strings fortbewegen. Eine analytische Theorie dieser Wellen existiert bereits, die im Grenzfall kleiner Energien gültig ist. Die führenden Korrekturen zu dieser Theorie werden in diesem Projekt hergeleitet, um mit numerischen Simulationen vergleichen zu können. Weiterhin wird der Einfluss von Spinströmen auf den Skyrmion-String untersucht. Insbesondere soll überprüft werden, ob longitudinale Spinströme in der Lage sind, den String dynamisch zu destabilisieren.Im zweiten Teil wir die Spindynamik von Skyrmiongittern weiter untersucht. Spinwellen unterliegen in solchen Gittern einer emergenten Elektrodynamik und bilden aufgrund eines emergenten orbitalen Magnetfeldes Landauniveaus aus. Dieses emergente Feld variiert räumlich stark und wechselt auch das Vorzeichen. In einem solches periodisch oszillierendes Magnetfeld können sich weglaufende Orbits ausbilden, die sich im Gegensatz zu lokalisierte Zyklotron Orbits über das gesamte System erstrecken. Es soll untersucht werden, ob die Existenz solcher weglaufenden Orbits die Anhäufung von spektralen Gewicht im Spinstrukturfaktor auf effektive Dispersionen im Impuls-Energie Raum erklärt. Weiterhin wird die Beziehung zwischen den dynamischen Anregungen von Skyrmionen untersucht, die in magnetischen Multilagen-Systeme und chiralen Kristallen auftreten. Außerdem soll eine theoretische Vorhersage für die Brillouin Lichtstreuung von Skyrmion Anregungen hergeleitet werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
