Ultraschnelle optische Kontrolle von Spins in Antiferromagnet-TMDC Heterostrukturen

• Antragsteller: Dr. Hamoon Hedayat Zadeh Roodsari; Professor Dr. Paul H. M. van Loosdrecht
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563196881

Antiferromagnete (AFM) haben sich als vielversprechende Kandidaten für die zukünftige Informationsübertragung erwiesen, da sie Spinwellen oder Magnonen bei Terahertz-Frequenzen unterstützen können. Diese Eigenschaft ermöglicht eine schnelle und energieeffiziente Informationsübertragung. Die optische Kontrolle von Magnonen in AFM-Materialien stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass die Kontrolle und Anregung von Magnonen in AFM-Materialien durch verschiedene Mechanismen wie Resonanzanregung, die orbitale Aufspaltung von Bandanregungen und nichtresonante Prozesse wie impulsives stimuliertes Raman-Streuen möglich ist. Das Ziel dieses Projekts ist es, die effiziente optische Kontrolle von Magnonen in Antiferromagnet-Übergangsmetall-Dichalkogenid-Heterostrukturen (AFM-TMDC-HS) zu erforschen. Insbesondere untersuchen wir die starke Kopplung zwischen AFM-Magnonen und TMDC-Exzitonen. Wir planen, die selektive Anregung von valley-spin-polarisierten Exzitonen zu nutzen und deren Wechselwirkung mit Magnonen in Monolayer AFM-Magneten zu analysieren. Um die Wechselwirkungen zwischen den Schichten zu charakterisieren, führen wir eine Reihe von komplementären ultraschnellen spektroskopischen Techniken durch, darunter transiente Absorption, zeitaufgelöste Mikro-Raman-Spektroskopie (TR-μRaman) und zeitaufgelöste magneto-optische Spektroskopie, um den ultraschnellen Ladungstransfer und die Exziton-Magnon-Wechselwirkungen in AFM-TMDC-HS zu untersuchen. Darüber hinaus setzen wir ultraschnelle Optik, Schichtverdrehungen und externe Felder ein, um Magnonen in diesen Heterostrukturen zu manipulieren und zu kontrollieren. Das Projekt konzentriert sich auf zwei Hauptaspekte: (a) Die Kontrolle von Magnonen durch die Injektion heißer valley-spin-polarisierter Ladungsträger: Wir untersuchen die Dynamik von Exzitonen und die Injektion heißer Elektronen nach der Photogenerierung, um die Kontrolle über den Transfer heißer Ladungsträger zu optimieren. (b) Die gekoppelte Dynamik von Magnonen und Exzitonen, einschließlich Moiré-Magnon-Exzitonen: Wir erforschen die Magnondynamik, induzieren magnetische Schwingungen und analysieren die Wechselwirkungen zwischen Magnonen und TMDC-Exzitonen, insbesondere in der Präsenz von Moiré-Magnon-Exzitonen und verdrehten Stapelschichten. Für die zeit- und frequenzaufgelöste Untersuchung dieser Prozesse nutzen wir transiente Absorption, zeitaufgelöste Mikro-Raman-Spektroskopie und zeitaufgelöste magneto-optische Spektroskopie. Diese umfassenden Untersuchungen zielen darauf ab, wertvolle Einblicke in die Dynamik und Wechselwirkungen von Magnonen und Exzitonen in AFM-TMDC-HS zu gewinnen und den Weg für eine ultraschnelle und präzise optische Kontrolle der Magnetisierungsdynamik zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen