3D Spinwellen-transport auf gekrümmten Oberflächen

• Antragsteller: Dr. Attila Kakay
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418643642

Spinwellen (oder Magnonen) in Ferromagneten können sich über mesoskopische Längenskalen ohne elektrischen Ladungstransport ausbreiten, eine wegbereitende Eigenschaft für eine energieeffizientere Datenverarbeitung. Daher stellt die Verwendung des Spin-Freiheitsgrades der Elektronen anstatt der Ladung eine große Herausforderung im Bereich der Datenverarbeitung dar. Dementsprechend blickt das vergangene Jahrzehnt auf eine stetig steigende Forschungsaktivität im Bereich der Erzeugung, des Transports und der der Manipulation sowie der Detektion von Spinwellen, bevorzugt in ferromagnetischen dünnen Filmen, zurück. Jüngste Fortschritte in der Materialforschung erlauben mittlerweile, aufgerollte und flexible dreidimensionale gekrümmte Nano-Membranen, etwa in Form von Nanoröhren oder Kugelkappen, herzustellen. Theoretische Vorhersagen legen überraschende Effekte, sobald der Krümmungsradius der Objekte den Bereich intrinsischer Längenskalen wie den von Domänenwänden oder die Wellenlänge der Magnonen selbst erreicht. In einfachen ferromagnetischen Strukturen führt der durch die Krümmung induzierte magneto-chirale Effekt zur Entstehung von chiralen Domänenwänden, stabilisiert magnetische Texturen wie Skyrmionen oder resultiert in nicht-reziproker Spinwellen-Propagation. Das Projekt schlägt eine Brücke zwischen dem Spinwellen-Transport und den sowohl durch Austausch- als auch Dipol-Dipol- Wechselwirkung verursachten magneto-chiralen Effekten. Das Ziel ist, ein fundamentales und anschauliches Verständnis des Einflusses der Objektkrümmung und -topologie auf den dreidimensionalen Spin-Transport auf Basis mikromagnetischer Simulationen zu erhalten. Magneto-chirale Effekte in krummlinigen Systemen, die aufgrund symmetrischer Austausch- und/oder der Dipol-Dipol-Wechselwirkung entstehen, generieren neuartige Freiheitsgrade im Bereich des Spinwellen-Transports und deren Manipulation. Zudem erlauben krummlinige Systemen die Untersuchung des Spinwellen-Transport in der dritten Dimension. Die Vielfalt der im Projekt untersuchten geometrischen Strukturen — vom Übergang von runden hin zu hexagonalen Nanoröhren und weiter zu runden Nanodrähten sowie gerippelter Strukturen und jeweils in Verbindung mit den bereits untersuchten magnetischen Nanoröhren — verspricht die Entdeckung von Effekten, die die Anzahl der vorhandenen Werkzeuge für die Spinwellen-Manipulation und den Transport zukünftigt erweitern und zugleich dreidimensionale Nano-Membranen als Objekte im Bereich der Magnonik zu fördern können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Jorge Augusto Otalora Arias, Ph.D.