Spinrauschspektroskopie zweidimensionaler Van-der-Waals-Antiferromagnete

• Antragsteller: Dr. Vladimir Kats
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540404622

Derzeit werden zweidimensionale (2D) Van-der-Waals-Nanomaterialien (vdW) in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung elektronischer optoelektronischer Geräte, Batterien, Superkondensatoren und Solarzellen. Unter den vdW-Materialien zeichnen sich vdW-Magnete durch ihr großes Potenzial im Bereich der Entwicklung miniaturisierter elektronischer und magnonischer Anwendungen aus. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Untersuchung der Spindynamik in archetypischen 2D-vdW-Magneten, nämlich den Antiferromagneten CrSBr und CrTe3. Wir werden uns auf die Spindynamik in diesen Kristallen in Temperaturbereichen bis hin zu Phasenübergängen konzentrieren. Unsere Hauptidee für Temperaturbereiche unterhalb der Neel-Temperaturen besteht darin, intrinsische Magnoneigenschaften zu untersuchen. Der Bereich der kritischen Temperaturen ist der Bereich der größten Änderungen der magnetooptischen Eigenschaften von Materialien. Dies ist nicht nur aus fundamentaler Sicht interessant, sondern liefert auch zusätzliche Informationen über die Bildung der korrelierten Zustände in der intrinsischen Magnetisierung der Strukturen. Herkömmliche optische Methoden zur Untersuchung der Spindynamik sind störungsbehaftet und offenbaren nicht die intrinsischen Eigenschaften von Magnonen. Um diese Aufgaben zu lösen, werden wir die Methode der Spinrauschspektroskopie verwenden. Spinrauschspektroskopie ist eine leistungsstarke störungsfreie Methode, um Informationen über die Dynamik verschiedener Systeme basierend auf ihren Spinfluktuationen zu erhalten. Da es sich bei den untersuchten Materialien um Antiferromagnete handelt, erwarten wir in ihnen eine Magnetisierungspräzession mit einer Frequenz in der Größenordnung von mehreren Dutzend Gigahertz und höher. Traditionell wurde Spinrauschspektroskopie zur Messung relativ langsamer Spinfluktuationsdynamiken in Paramagneten im Frequenzbereich von MHz bis GHz eingesetzt. Wir werden diese Einschränkung überwinden, indem wir zwei synchronisierte Pikosekunden-Laseroszillatoren als stroboskopisches optisches Abtastwerkzeug einsetzen. Diese Modifikation der Methode ermöglicht es, die Spindynamik zu untersuchen, wobei man zunächst nur eine ungefähre Vorstellung von deren Frequenz hat. Die erzielten Ergebnisse werden wesentlich zur Entwicklung der Magnonik in 2D-vdW-Antiferromagneten beitragen und die Entwicklung neuartiger photonischer und optoelektronischer Geräte fördern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle