ProxiMity: Durch Proximity-Effekte vermittelte optische Modulation des Magnetismus auf der Nanoskala

• Antragsteller: Professor Dr. Mirko Cinchetti
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556408835

Das Projekt "ProxiMity: Durch Proximity-Effekte vermittelte optische Modulation des Magnetismus auf der Nanoskala“ zielt darauf ab, Nano-Hybrid-Einheiten (NHyUs) als neuartige Klasse optisch aktiver Quantenmaterialien auf der Nanoskala zu etablieren. Dies soll durch die Nutzung der optischen Steuerbarkeit von Proximity-Effekten zwischen Molekülen und ferromagnetischen Metalloberflächen erreicht werden. Die Manipulation von Magnetismus ohne externe Magnetfelder treibt Innovationen in der Informations- und Speichertechnologie voran. Ein vielversprechender Ansatz beinhaltet die Nutzung von Femtosekunden-Laserpulsen, um die Magnetisierung zu kontrollieren. Dies hat zur Entwicklung des dynamischen Feldes der Femtomagnetismus geführt. Während in dielektrischen Materialien eine ultraschnelle optische Kontrolle von Magnetismus demonstriert wurde, stellen metallische Systeme immer noch eine Herausforderung dar. ProxiMity schlägt vor, die Funktionalität von NHyUs zu nutzen, die aus Molekülen in Kontakt mit metallischen ferromagnetischen Oberflächen gebildet werden. Inspiriert von den Fortschritten in der molekularen Spintronik, sollen diese Systeme auf der chemischen und physikalischen Fähigkeit von Molekülen basieren, magnetische Eigenschaften auf der Nanoskala zu modifizieren. Erste Experimente der Cinchetti Gruppe deuten darauf hin, dass die optische Kontrolle der Spin-Dynamik in Co/C60 NHyUs möglich ist. Durch die Erzeugung von Exzitonen in C60 mit resonanten ultrakurzen Lichtpulsen wird die Hybridisierung an der Grenzfläche zwischen Co und C60 signifikant verändert, was zu einer erheblichen Modulation der Spin-Präzessionsfrequenz führt. Diese vorläufigen Ergebnisse legen nahe, dass eine optische Modifikation der magnetischen Anisotropie durch eine Veränderung von Proximity-Effekten tatsächlich erreichbar ist. Trotz vielversprechender Ergebnisse gibt es noch offene Fragen, die ProxiMity beantworten möchte, indem es auf die langjährige Erfahrung der Cinchetti-Gruppe im Bereich des ultraschnellen Magnetismus sowie auf spinbezogene Phänomene an Grenzflächen zwischen ferromagnetischen Materialien und molekularen Systemen zurückgreift. Erstens, die Rolle der Molekülenabstand zur ferromagnetischen Grenzfläche in der optisch-induzierten Funktionalität NHyUs zu bestimmen. Zweitens, den Umfang der durch Proximity-Effekte bedingten Modulation der magnetischen Anisotropie zu quantifizieren. Drittens, neue optisch-responsive NHyUs, die auf 2D-Ferromagneten gebildet sind, zu entwerfen. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Ziele wird das Verständnis von optisch aktiven Quantenmaterialien auf der Nanoskala erheblich erweitern und neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen. Dies könnte zu bahnbrechenden Entwicklungen in der Datenspeicherung, magnetischen Sensorik und Quantencomputertechnik führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen