Lokale und nicht-lokale spin-abhängige ultraschnelle Dynamik elektronischer Ströme in ferromagnetischen Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Bovensiepen
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572793420

Die Analyse mikroskopischer spinabhängiger Wechselwirkungsprozesse ist eine grundlegende Herausforderung in der Festkörperphysik mit unmittelbaren Auswirkungen auf Anwendungen in Bauelementen. Die zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie mit Spinauflösung ist aufgrund ihrer eingebauten Energie- und Impulsempfindlichkeit die bevorzugte Methode, um solche Erkenntnisse zu gewinnen. Diese Methode wurde bereits früher auf Probleme der ultraschnellen Spindynamik angewandt. Die Analyse der Spindynamik in Transportphänomenen mit Energie- und Impulsauflösung muss jedoch noch etabliert werden. In dem hier beschriebenen Vorhaben nehmen wir die Herausforderung an, spinabhängige Streuung in Transportprozessen heißer Elektronen in metallischen Heterostrukturen, die aufgrund des inversen Spin-Hall-Effekts bereits zu nützlichen Bauelementen für die THz-Erzeugung geführt haben, zu untersuchen. Dieses Vorhaben ist besonders vielversprechend, da es die Stärke der spinaufgelösten ARPES in Hiroshima, Japan, und die in Duisburg, Deutschland, vorhandene Expertise in der Analyse des Elektronentransports vereint. Im Einzelnen werden wir zeit- und spinaufgelöste Femtosekunden-Photoelektronenemissionsspektroskopie an Au/Fe/MgO(001)- und Ru/Fe/MgO(001)-Heterostrukturen einsetzen, um (i) die spinabhängigen Lebensdauern heißer Elektronen in diesen Heterostrukturen zu analysieren, (ii) das spinabhängige Transportregime im Nichtgleichgewicht anhand der Laufzeiten zu untersuchen und (iii) auf dieser Grundlage winkelaufgelöste Experimente zur Messung des inversen Spin-Hall-Effekts als Funktion der Elektronenenergie zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Partnerorganisation: Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kenta Kuroda