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Projekt
TOPSTONE - Topologische Solitonen In Frustrierten Magneten
Antragsteller
Professor Dr. Jairo Sinova, Ph.D.; Dr. Ricardo Zarzuela, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462597720
Das Feld der ein- und (quasi-)zweidimensionalen magnetischen Solitonen ist in den letzten Jahren insbesondere durch die enormen Fortschritte bei Domänenwänden und Skyrmionen in konventionellen (Anti-)Ferromagneten aufgeblüht. Der Nachweis stabiler dreidimensionaler Solitonen (z.B. Hopfions) ist jedoch in kollinearen Magnetsystemen zum Teil aufgrund der Natur des Parameters der Ordnung S^{2} in kollinearen Magnetsystemen nach wie vor nicht möglich und stellt daher heutzutage eine der großen Herausforderungen der Spintronik dar. Dieses Forschungsprojekt zielt wir darauf ab, magnetisch frustrierte Systeme als neue Plattform für die Erzeugung und Manipulation dieser topologischen Texturen zu etablieren. Diese vielseitige Plattform bringt den Vorteil mit sich, dass ihre Ordnungs-Parameter-Vielfalt von der Gruppe der Rotationsmatrizen bereitgestellt wird. Folglich geht die die Natur der magnetischen Solitonen/Defekte in frustrierten Magneten über die des üblichen S^{2}-Paradigmas hinaus. Spezifischer ist es unser Ziel, die topologischen Transporteigenschaften dieser vielseitigen Plattformen zu entwirren und auszunutzen, indem wir einen allgemeinen Rahmen konstruieren, in welchem der Beginn, die Stabilität und die Dynamik der entstehenden topologischen Solitonen untersucht werden. Wir werden diese herausfordernde Aufgabe mit Hilfe des folgenden Programms meistern: I) Wir werden realistische Minimalmodelle für frustrierte Magnete konstruieren, welche (stabile) Solitonen beherbergen. Desweiteren werden wir die Mechanismen/Kanäle auf ihre topologische Relaxation untersuchen, die wiederum ihre (endliche) Lebensdauer bestimmen. II) Wir werden hydrodynamische/phänomenologische Theorien für die topologische Ladung und die kollektiven (spinähnlichen) Freiheitsgrade von Solitonen entwickeln, welche in den topologischen Einschränkungen dieser Materialklasse begründet sind. III) Elektrisch basierte Ansätze werden verwendet, um die Magnetisierung und die topologischen Solitonen in frustrierten Magneten zu steuern. Insbesondere werden wir zeigen, dass die Soliton-vermittelte Übertragung von Spinsignalen eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Degradation (algebraischen Zerfall) aufweist als die üblichen Magnet-vermittelten Schemata (exponentieller Zerfall). Dieser Nachweis bietet vielversprechende Perspektiven für das Gebiet des Soliton-basierten Rechnens.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
