Spinwellen als Mittler zwischen Spintronik und Photonik

• Antragsteller: Dr. Helmut Schultheiß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246011620

Ziel dieses Projektes ist die Erforschung fundamentaler Wechselwirkungen zwischen Spinwellen, spin-polarisierten Elektronen und Photonen, um Verknüpfungen und Synergien zwischen drei aktuellen Forschungsgebieten - der Magnonik, Spintronik und Photonik - zu identifizieren. Motiviert sind diese Untersuchungen durch die steigende Nachfrage nach neuen Konzepten, Technologien und Materialien für die Informationsverarbeitung. Einerseits stößt die elektronische Datenverarbeitung bereits heute an ihre Grenzen hinsichtlich Geschwindigkeit und parasitärer Hitzeentwicklung, andererseits fehlt es lichtbasierten Technologien an Methoden, Photonen elektrisch und schnell auf der Nanometerskala zu kontrollieren. Spinwellen, die fundamentalen Anregungen eines Ferromagneten mit Frequenzen im Gigahertz- bis Terahertzbereich, bieten die Möglichkeit, die besten Aspekte der Spintronik und Photonik zu verbinden und neue Wege für die Informationsverarbeitung aufzuzeigen. Im Rahmen dieses Projektes stehen drei Ziele im Mittelpunkt: Das erste Ziel konzentriert sich auf den Transport und die Manipulation von Spinwellen in magnetischen Nanostrukturen. Dies beinhaltet die Charakterisierung neuartiger Materialien und Geometrien sowie die Untersuchung der gegenseitigen Beeinflussung von Spinwellen und Domänenwänden mittels des magnetooptischen Kerr-Effektes und der Brillouin-Lichtstreu-Mikroskopie. Das zweite Ziel ist es, ein vertieftes Verständnis der Wechselwirkung von Spinwellen mit spinpolarisierten Strömen zu gewinnen, die über den Spin-Hall-Effekt erzeugt werden. Dabei sind die Anregung, Verstärkung und Detektion von Spinwellen durch den Spin-Transfer-Torque- und Spin-Pumping-Effekt von zentralem Interesse. Für unser drittes Ziel, die Manipulation von Licht durch Spinwellen in metallischen Nanostrukturen, nutzen wir die starke magneto-optische Kopplung zwischen Spinwellen und Plasmonen. Damit sind wir in der Lage, die Propagationseigenschaften von Plasmonen, und damit auch Licht, in Nanostrukturen auf der Zeitskala der Spinwellen zu kontrollieren. Mit der Erforschung von Kopplungsmechanismen zwischen Spinwellen und Elektronen auf der einen und Spinwellen und Photonen auf der anderen Seite schließt die Magnonik die Lücke zwischen Spintronik und Photonik, die auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen operieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen