Kontrolle und Topologie von getriebenen Magneten

• Antragstellerin: Dr. Nina Del Ser, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527528104

Getriebene chirale Magneten sind eine attraktive Plattform für die Entdeckung neuer grundlegender Konzepte der Physik. Das liegt daran, dass sie viele aufregende physikalische Phänomene beinhalten können, zum Beispiel (aber nicht nur) emergenten Elektromagnetismus, aktivierte Goldstone-Moden, Magnon-Laser und topologische Phasenübergänge, und dabei experimentell sehr einfach zu realisieren sind. Neuste Experimente haben gezeigt, dass die Drehbewegung (Rotation-Goldstone-Mode) eines mit Femtosekunden-Laserpulses angetriebenen Skyrmion-Gitters um Größenordnungen größer als für ein reines System theoretisch erwartet war. Daher ist es mein Ziel zu untersuchen, wie Unordnung die Dynamik magnetischer Texturen unterstützen kann. Ich werde durch eine Kombination von konstruierter und zufälliger Unordnung, analytischen Berechnungen und mikromagnetischen Simulationen versuchen, Regime, in denen Unordnung eher ein „Freund“ als ein „Feind“ ist, aufzudecken. Das heißt, die Unordnung beschleunigt die durch das treibende Feld aktivierten Goldstone-Moden. Eine solche „unordungsverstärkte Ratschenbewegung“ ist zwar selten, wurde aber auch in anderen getriebenen dissipativen Systemen vorhergesagt, zum Beispiel in ungeordneten supraleitenden Drähten, biologischen brownschen Motoren und Quantenratschen in ungeordneten Medien. Den zweiten Teil meines Projekts widme ich der topologischen Laserphysik. Topologisch nicht-triviale Phasen wie das Skyrmion-Gitter können chirale Randzustände beinhalten, die an der Oberfläche der Probe lokalisiert sind. Da Magnonen Bosonen sind, nehmen sie unter periodischem Treiben makroskopisch einen kohärenten Magnon-Zustand ein und bilden einen Magnon-Laser. Mein Ziel ist es, durch Benutzung der Magnon-Lasereigenschaften die chiralen Oberflächenzustände direkt zu treiben. Das sollte riesige Spinströme mit geringer Verlustleistung an der Oberfläche der Probe aktivieren, was zu vielen interessanten experimentellen Anwendungen einlädt. Außerdem werde ich den sogenannten ‚Skin-Effekt‘ untersuchen, ein spannendes neues Phänomen, welches in Systemen, die von der nicht-hermitschen Physik beherrscht sind, vorhergesagt wurde. Der Skin-Effekt prognostiziert, dass alle Eigenzustände an der Oberfläche der Probe lokalisiert sind, deshalb würde ich noch größere oberflächlichen Spinströme in unserem getriebenen Magnet erwarten!

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Gil Refael, Ph.D.