Plasmon-unterstützte Manipulation der Spindynamik mittels Licht - Erreichen der Terahertz Region

• Antragstellerin: Dr. Aleksandra Lindner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530111853

Das schnell wachsende Gebiet der Plasmonik erforscht unter anderem Oberflächen-Plasmonen in Nano-Kristallen (NK), die damit verbundenen Effekte und potenziellen Anwendungen. Moderne chemische Methoden erlauben es, NK mit spezifischen spektralen Eigenschaften herzustellen und sie definiert 2-dimensional auf Oberflächen anzuordnen. Dadurch kann auf einfache Weise eine optische Kontrolle in Systeme integriert werden. Eine Verknüpfung der plasmonischen und magnetischen Nano-Welt verspricht eine Fülle an multifunktionalen Nanosystemen, in denen durch Lichtabsorption von Plasmonen Einfluss auf magnetische Eigenschaften ausgeübt werden kann. Der Fokus der Forschung liegt jedoch typischerweise auf der lichtinduzierten Beeinflussung statischer magnetischer Eigenschaften. Im Gegensatz dazu gibt es kaum Studien zur Kontrolle oder Erzeugung von Spinströmen (oder Spindynamik) mittels externer Stimulation durch kontinuierliche Bestrahlung mit Licht (ohne die Verwendung von Ultrakurzpuls-Lasern mit hoher Leistung). Mit anderen Worten: Während die entsprechenden lichtinduzierten Prozesse in der Elektronik gut untersucht und bekannt sind und bereits in Anwendungen wie z. B. Solarzellen oder Licht emittierenden Dioden umgesetzt wurden, fehlen entsprechende Studien und Ergebnisse für die Bereiche der Spintronik und Spindynamik. Daher ist das Ziel des Projekts, durch Bestrahlung mit Licht erzeugte und durch Plasmonen vermittelte Effekte auf die Magnetisierungsdynamik nachzuweisen und langfristig die Möglichkeit zu erschließen, Spinwellen mit Nanometer-Wellenlängen durch Licht zu erzeugen oder zu beeinflussen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden NK mit passenden Eigenschaften hergestellt und auf dünnen magnetischen Filmen platziert, um eine Lichtempfindlichkeit der Hybrid-Systeme zu ermöglichen. Dadurch kann die Spindynamik in ferromagnetischen Schichten durch optische Kontrolle angeregt und beeinflusst werden. Die Spindynamik wird mittels ferromagnetischer Resonanz in der Frequenzdomäne gemessen. Lichtbestrahlung kann die Spinpräzession dämpfen, antidämpfen oder die Präzessionsfrequenz verschieben, was eine direkte Kontrolle der Magnetisierungsdynamik durch Licht ermöglicht. Zusätzlich wird die Magnetisierungsdynamik in den Hybridstrukturen mittels zeitaufgelöster Magneto-Optik in der Zeitdomäne untersucht. Durch die Anwesenheit der durch Licht erzeugten Plasmonen sollen Magnonen mit Terahertz-Frequenzen, die durch gepulste Terahertz-Strahlung angeregt werden, beeinflusst werden. Dies kann zu einer Änderung der Präzessionsamplitude, -frequenz und/oder -abklingzeit führen. Es wird auch geprüft, ob Terahertz-Magnonen durch Erzeugung von Plasmonen durch Femtosekunden-Laserpulse angeregt werden können. Das Ziel der Untersuchungen ist es, ein mikroskopisches Bild der durch Licht-Bestrahlung in den Hybridstrukturen erzeugten Magnonen im Frequenzbereich von GHz bis THz zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Dr. Kilian Lenz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Olivier Margeat