Propagierende niederenergetische 4f-Paramagnonen

• Antragsteller: Professor Dr. Sergej O. Demokritov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523303368

Das Konzept der Spinwellen und ihrer Quantenmagnonen wurde in 1930 von F. Bloch eingeführt. Heute wird das Gebiet der Wissenschaft, das Spinwellen und Magnonen untersucht und sie für die Datenverarbeitung nutzt, als Magnonik bezeichnet. Die typischen Materialien, die zur Untersuchung von Magnonen verwendet werden, sind die magnetisch geordneten Ferro- und Antiferromagnete (FMs und AFMs) bei Temperaturen unterhalb der kritischen (Curie- oder Neel-)Temperatur. Oberhalb dieser Temperaturen geht die magnetische Ordnung verloren, aber die für die spontane magnetische Ordnung verantwortliche Austausch-WW nimmt zwar ab, bleibt aber endlich. Dieses Phänomen ermöglichte die Beobachtung hochenergetischer (> 10 meV) Magnonen auch in den Paramagneten (PMs) durch inelastische Neutronenstreuung. Diese Magnonen werden Paramagnonen genannt. Im Projekt "ParaMagnonics" werden wir ein starkes externes Magnetfeld anlegen und die Temperatur der PMs verringern, um die wesentliche Ordnung der magnetischen Momente zu erreichen. Diese quasi-unabhängigen Momente werden noch durch die verbleibende Austausch-WW und/oder durch die Dipol-Dipol-Wechselwirkung gekoppelt. Durch Variation der Materialien, der Temperatur und der angelegten Magnetfelder werden wir die Existenz von sich ausbreitenden niederenergetischen (< 0,5 meV) Dipol- und Austausch-Paramagnonen in PMs und in FMs und AFMs oberhalb der kritischen Temperaturen nachweisen. Folglich werden wir ihre Dispersions-, Dämpfungs- und Ausbreitungseigenschaften untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass Paramagnonen, die von 4f-Ionen getragen werden, aufgrund ihrer Isolierung vom Kristallgitter die grundlegend niedrigsten Dämpfungswerte haben sollten. Schließlich werden wir Spin-Orbit-Torque (SOT)-Phänomene nutzen, um ballistische und diffusive Paramagnonen anzuregen, zu verstärken und nachzuweisen. Wir werden insbesondere verschiedene PM und die Familie der Eu-Chalkogenide von FM- und AFM-Natur verwenden. Die Paramagnonen werden durch Tieftemperatur-Mikrowellen- und Brillouin-Lichtstreuungsspektroskopie nachgewiesen und charakterisiert. Elektrische Messungen und SOT-Phänomene werden genutzt, um die Natur des diffusiven Paramagnonen-Spintransports zu verstehen sowie um ihn anzuregen und zu verstärken. ParaMagnonik hat einen sehr hohen Grad an Originalität, da sich ausbreitende niederenergetische Paramagnonen noch nie experimentell beobachtet wurden und sie eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber gewöhnlichen Magnonen haben: eine sehr breite Klasse von PM-Materialien für Magnonik, geringe Dämpfung, empfindliche Steuerung der Paramagnon-Eigenschaften und neue Freiheitsgrade für diese Steuerung sowie eine neuartige Toolbox für die Quantenmagnonik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andrij Chumak; Professor Dr. Gunther Springholz