Anregung und Kontrolle von Spinwellen in ferromagnetischen Strukturen durch fs-Laserpulse

• Antragsteller: Professor Dr. Ilya Akimov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429918632

Spinwellen oder Magnonen – die elementaren Anregungen von periodisch lokalisierten magnetischen Momenten in einem Kristallgitter - sind vielversprechende Kandidaten für ultraschnelle Manipulation und Transport von Information in elektronischen Schaltkreisen. Die Anregung von Spinwellen durch ultrakurze Laserpulse bietet wichtige Vorteile gegenüber dem konventionellen Ansatz ihrer Anregung durch Mikrowellen. Insbesondere kann ein fokussierter Laser als punktförmige Quelle von Spinwellen dienen und erlaubt die Kontrolle der räumlichen Ausbreitungsrichtung sowie das Umschalten zwischen unterschiedlichen Spinwellen. Das vorgelegte Projekt zielt auf die Entwicklung und Untersuchung optischer Methoden, die eine effiziente und durchstimmbare Spinwellenerzeugung in magnetischen dielektrischen Strukturen ermöglichen, ab. Dabei kann der inverse Faraday-Effekt effizient für die nicht-thermische Anregung der Magnetisierung innerhalb des Laserspots in Kombination mit einer kleinen Gilbert-Dämpfung genutzt werden. Unser Hauptfokus wird dabei auf der optischen Kontrolle der Spinwelleneigenschaften wie zum Beispiel ihrer Amplitude, ihres Spektrums und ihrer Richtung liegen. Erreicht werden kann eine solche Kontrolle durch Anwendung hochrepetitiver Laserpulssequenzen mit einer Wiederholrate von bis zu 10 GHz, durch die Untersuchung räumlich begrenzter magnetischer Strukturen sowie durch eine räumliche Modulation des optischen Feldes innerhalb des Anregungslaserspots. Der Zerfall und die Ausbreitung der Spinwellen werden zeitaufgelöst durch transiente Pump-Probe Faraday-Rotation mit einer räumlichen Auflösung im Mikrometerbereich vermessen werden. Die erzielten Ergebnisse werden maßgeblich zur Entwicklung optischer Spinwelleninjektion in magnetischen dielektrischen Strukturen beitragen und die Realisierung neuartiger photonischer und optoelektronischer Schaltkreise ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Vladimir Belotelov, bis 3/2022