Nichtlineare kohärente Plasmon-Magnonik

• Antragsteller: Dr. Davide Bossini; Dr. Pieter Gunnink; Professor Dr. Alexander Mook
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575643148

Die Digitalisierung unserer Gesellschaft basiert auf datenhungrigen Technologien wie künstlicher Intelligenz und dem Internet of Things. Die Weiterentwicklung dieser revolutionären Instrumente kann jedoch mit der heutigen Informationstechnologie nicht nachhaltig realisiert werden: Es bedarf höherer Verarbeitungsgeschwindigkeiten und einer höheren Energieeffizienz bei der Datenverarbeitung und -speicherung. Neue Konzepte, die auf Laserimpulsen beruhen, welche kollektive Spinanregungen – sogenannte Magnonen – antreiben, versprechen eine Datenverarbeitung mit THz-Raten und minimaler Energiedissipation. Allerdings müssen alle neuartigen Konzepte mit den derzeit verwendeten, ladungsbasierten Verfahren kompatibel sein. Die zentrale wissenschaftliche Herausforderung besteht daher in der Umwandlung von Spin-Signalen in Ladungen mit THz-Geschwindigkeit unter Vermeidung erheblicher Energieverluste, was durch kohärente kollektive Anregungen erreicht wird. In unserem Projekt schlagen wir ein im Wesentlichen neuartiges Konzept vor, das die Lücke zwischen zwei unterschiedlichen Forschungsgebieten schließt. Wir zielen darauf ab, kohärente Magnonen mit kohärenten elektronischen kollektiven Anregungen, sogenannten Plasmonen, zu koppeln. Die resultierende nichtlineare plasmonische und magnonische Dynamik wird sowohl kohärent getriebene Magnonen mit kleinem Impuls (niedriger Energie) als auch mit hohem Impuls (hoher Energie) umfassen, die mittels Laserimpulsen angeregt werden. Konkret wird dieses Projekt zwei fundamentale Fragen adressieren: Können kohärente Magnonen am Brillouin-Zonen-Ursprung die Frequenz und Ausbreitungseigenschaften von Plasmonen modulieren? Können hochenergetische Magnonen am Zonenrand Plasmonen resonant antreiben? Dieses Projekt ist eine gemeinsame theoretische und experimentelle Anstrengung. Auf theoretischer Seite werden wir materialspezifische Heterostrukturen mikroskopisch modellieren, um die Wechselwirkung zwischen kohärenten Magnonen und Plasmonen vorherzusagen. Experimentell werden wir (magneto-)optische zeitaufgelöste Messungen in einem breiten Spektralbereich durchführen, der sich vom mittleren Infrarot bis in den sichtbaren Bereich erstreckt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Paolo Vavassori