Lichtinduzierte Zustände und Nichtgleichgewichtsphasen in Antiferromagneten

• Antragsteller: Dr. Davide Bossini; Professor Dr. Johannes Knolle; Professor Dr. István Kézsmárki
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572654405

Die Erforschung neuartiger Formen des Antiferromagnetismus und die Kontrolle ihrer elektronischen und magnetischen Eigenschaften sind ein hochaktueller Forschungsschwerpunkt in der Physik der kondensierten Materie und der Materialwissenschaft mit enormen Potenzial für die nächste Generation von Speichergeräten. Die offensichtlichen Vorteile von Antiferromagneten (AFM) gegenüber Ferromagneten sind ihr potenziell schnellerer Betrieb, ihre höhere Integrität und ihre verbesserte Stabilität gegenüber störenden Magnetfeldern. Obwohl letzteres die Kontrolle antiferromagnetischer Zustände zu einer Herausforderung macht, stehen AFM aufgrund ihrer Eigenschaften weiterhin im Mittelpunkt der Grundlagenforschung und könnten auch in der Informationstechnologie eine entscheidende Rolle spielen. Licht hat sich in jüngster Zeit als vielversprechendes Werkzeug zur Erkennung und Beeinflussung von AFM-Zuständen erwiesen, obwohl die Wechselwirkung normalerweise schwach ist. Die Projektleiter haben vor kurzem verschiedene Arten von AFM identifiziert, bei denen die Licht-Materie-Kopplung stark ist, und die optische Abbildung von antiferromagnetischen Domänen in diesen Systemen demonstriert. Darauf aufbauend ist unser erstes Ziel die ultraschnelle optische Kontrolle von AFM-Zuständen, d. h. das Schreiben von antiferromagnetischen Domänen durch intensive Lichtpulse in magnetoelektrischen Isolatoren und itineranten Altermagneten. Trotz intensiver Forschungsaktivitäten steckt das Verständnis dafür, wie intensive optische Reize AFM aus dem Gleichgewicht bringen können noch am Anfang, z. B. ist nicht klar, wie Femtosekunden-Laserpulse verschiedene magnetische Phasen aktivieren können. Unser zweites Ziel besteht darin, diese Lücke zu schließen, indem wir effiziente Verfahren für lichtinduzierte magnetische Übergänge in AFM entwickeln, bei denen die starke Kopplung von Licht an die AFM-Ordnung bereits von den PIs nachgewiesen wurde. Unser Ziel ist es in Echtzeit die Entwicklung des Systems zu verfolgen, um Licht-induzierte Nicht-Gleichgewichtszustände zu verstehen. Zusätzlich zu den photoinduzierten Übergängen zwischen konventionellen langreichweitigen geordneten Zuständen versuchen wir, exotische Quanten-Spin-Flüssigkeitszustände durch Licht in frustrierten Antiferromagneten zu induzieren. Unser Team besteht aus 5 renommierten Gruppen, wobei die jeweils 3 PIs auf japanischer und deutscher Seite allesamt anerkannte Forscher mit komplementärem Fachwissen sind, auch im Bereich der fortgeschrittenen theoretischen Modellierung. Das vorgeschlagene kollaborative Netzwerk umfasst ein breites Methodenspektrum mit verschiedenen linearen und nichtlinearen optischen Techniken, das weit über das hinausgeht, was normalerweise in einem einzelnen Projekt verfügbar ist. In unserem synergetischen Ansatz, der dem Wissenstransfer zwischen den Partnern hohe Priorität einräumt, wird die Kombination einzigartiger Kompetenzen das erfolgreiche Erreichen der ehrgeizigen Ziele gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan, Ungarn
• Partnerorganisation: Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
• Mitverantwortlich: Professor Francesco Piazza, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sándor Bordács; Professor Dr. Tsuyoshi Kimura; Dr. Naoki Ogawa; Professor Yoshinori Tokura