Modellierung der Spin-Gitter Dynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Nowak
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541503763

Die Spintronik ist ein wichtiges Forschungsgebiet, das den Grundstein für die Entwicklung zukünftiger Anwendungen in der Nanoelektronik legt. Ein wesentlicher Aspekt der Spintronik ist die Kontrolle, der Transport und die Nutzung von Drehimpulsen als Informationsträger auf Zeitskalen bis hinunter zu Femtosekunden. Das Verständnis der gekoppelten Dynamik der elektronischen Drehimpulse - sowohl Spin als auch orbitale Beiräge - und der Gitterfreiheitsgrade ist jedoch noch sehr unvollständig. Das Thema von ChiPS - der von uns beantragten Forschungsgruppe - ist die Verknüpfung der Spintronik mit der Physik von Phononen, die Drehimpulse tragen. Diese Phononen sind zirkular polarisiert und können chiral (händig) sein, insbesondere wenn der Drehimpuls entlang der Ausbreitungsrichtung ist. Dieses neue Forschungsgebiet erfordert auch neue Modellierungsansätze und neue numerische Verfahren.In diesem Projekt wollen wir die gekoppelte Spin-Gitter-Dynamik mit atomistischer Auflösung untersuchen. Methoden zur Computersimulation gekoppelter Bewegungsgleichungen werden entwickelt und genutzt. Die Zusammenarbeit mit den anderen Theorieprojekten dieser Forschungseinheit wird ein detailliertes, mehrskaliges Bild der Rolle chiraler Phononen für die Spintronik ermöglichen, das von Ab-initio-Methoden über atomistische Spin-Gitter-Dynamik bis hin zur magnetoelastischen Theorie reicht. Die materialspezifische Modellierung wird von der Probencharakterisierung in unserer Forschungsgruppe profitieren und die Planung und das Verständnis der experimentellen Projekte unterstützen, einschließlich der Erzeugung und des Nachweises chiraler Phononen im ultraschnellen und Terahertz-Bereich sowie der Transportphänomene chiraler Phononen. Hauptziele des Projekts sind die Entwicklung parametrisierter atomistischer Modelle für die Spin- und Gitterfreiheitsgrade sowie deren Kopplungsterme, die Berechnung und Untersuchung von Magnon-Phonon-Dispersionsrelationen und die Entwicklung und Verwendung von neuen numerischen Verfahren für die gekoppelte Spin-Gitter-Dynamik. Dieses Projekt trägt damit zu vielen zentralen Zielen von ChiPS bei, insbesondere zum Verständnis der relevanten Längen- und Zeitskalen chiraler Phononen, zum Verständnis der Mechanismen hinter ihrer Entstehung und ihrem Zerfall, zum Verständnis chiraler Transportphänomene, zum Verständnis der Hybridisierung chiraler Phononen mit anderen Eigenmoden und zur Entwicklung und Validierung von mehrskaligen Simulationsverfahren für kombinierte Spin-Gitter-Dynamik.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5844: Chirale Phononen für die Spintronik_ChiPS