Manipulation von Magnonen auf Nanometer-Wellenlängenskalen mittels Terahertz Spin- und Orbitalströmen in magnetischen Heterostrukturen (TMAG)

• Antragsteller: Dr. Sergey Kovalev; Dr. Ruslan Salikhov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566522216

Die steigende Nachfrage nach schnellerer Kommunikation und hohen Datenübertragungsraten hat die Entwicklung neuartiger Konzepte im Terahertz (THz)-Frequenzbereich vorangetrieben – insbesondere im Bereich der THz-Spin- und Orbitronik sowie der Magnonik. Das Ziel dieses Projektes ist die Erforschung von Mechanismen zur Erschließung energieeffizienter Hochgeschwindigkeitskommunikation und Logikeinheiten, wobei der Fokus auf THz-getriebenen magnonischen Phänomenen und ultraschnellen Orbitalströmen liegt. Vornehmlich befasst sich diese Untersuchung mit der Erzeugung von THz-Spinwellen durch Spin-Bahn-Drehmomente in oxidierten Metall/Ferromagneten (OM/FM)-Heterostrukturen mit dem Ziel, die Effizienz von THz-Orbitalmomenten bei der Kopplung von THz-Licht mit Spinwellen von Nanometer-Wellenlängen zu verstehen. Experimentell werden die Eigenschaften des orbitalen Drehmomenteffekts an OM/FM-Grenzflächen auf Pikosekunden-Zeitskalen untersucht. Darüber hinaus werden die von THz-Magnonen erzeugten ultraschnellen Spin- und Orbitalströme erforscht, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf dem inversen Rashba-Edelstein-Effekt liegt. Zielgebend ist die Bestimmung der Effizienz der Umwandlung von Orbitalen in Ladungen auf Pikosekunden-Zeitskalen, indem das Orbital-Pumpen durch ferromagnetische THz-Resonanz und THz-Zeitbereichsspektroskopie als Detektionseinheit genutzt wird. Des Weiteren wird versucht, die Wechselwirkungen zwischen THz-Spinwellen in komplexen Heterostrukturen zu verstehen und spin(orbital)-drehmomentinduzierte kohärente Anregungen in magnetischen Mehrschichtsystemen zu erforschen. Das Projekt widmet sich der Untersuchung neuartiger Wege für die ultraschnelle und kohärente Anregung von Orbitalströmen sowie der effizienten Erzeugung, Detektion und Manipulation von hochenergetischen Spinwellen auf Pikosekunden-Zeitskala. Dabei soll ein bedeutender Beitrag auf dem Gebiet der THz-Orbitronik und Magnonik geleistet werden. Folglich zielt dieses Forschungsprojekt darauf ab, die potenziellen Anwendungen von Spinwellen auf Nanometer-Skalen und THz-Magnonik-Kristallen als Medien für Hochgeschwindigkeitskommunikation und Logikeinheiten voranzutreiben. Durch die Erforschung neuartiger Wege zur ultraschnellen und kohärenten Anregung orbitaler Ströme sowie der effizienten Erzeugung, Detektion und Manipulation hochenergetischer Spinwellen auf einer Pikosekunden-Zeitskala will unser Projekt einen bedeutenden Beitrag für die THz-Orbitronik und -Magnonik leisten. Demnach strebt dieses Forschungsprojekt an, die potenziellen Anwendungen von Nanometer-Wellenlängen-Spinwellen und THz-Magnonik-Kristallen als Medien für Hochgeschwindigkeitskommunikation und Logikeinheiten voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen