TRR 227:
Ultraschnelle Spindynamik
Fachliche Zuordnung
Physik
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328545488
Der Spin des Elektrons ist eine zentrale Quanteneigenschaft und von zentraler Bedeutung für Struktur und Dynamik der Materie. Zudem hat der Elektronenspin ein enormes Anwendungspotenzial für zukünftige magnetische Speicher und Logikbauelemente mit einfacher Architektur und reduziertem Stromverbrauch. Dabei ermöglichen die fundamentalen spinabhängigen Wechselwirkungen, Austausch- und Spin-Bahn-Kopplung, eine ultraschnelle Manipulation der Spins innerhalb von Femtosekunden. Diese extrem kurze Zeitskala wird auch beim ballistischen Transport von Elektronen und deren Spins über Nanometer-Distanzen erreicht. Während Terahertz (THz) Bandbreiten für zukünftige Anwendungen erforderlich sind, arbeiten die meisten heutigen spinbasierten magneto-elektronischen Bauelemente mit 100-1000fach niedrigeren Wiederholfrequenzen. Ziel unseres SFB/TRR ist es, ein fundamentales Verständnis der ultraschnellen Spindynamik zu entwickeln und somit die Grundlagen für eine spinbasierte Informationstechnologie zu legen, die mit THz-Taktraten arbeitet. Unsere Forschungsinitiative umfasst innovative Experimente aus der ultraschnellen Spektroskopie sowie die theoretische Beschreibung der Spindynamik auf allen relevanten Zeit- und Längenskalen. Um ultraschnelle Spindynamik untersuchen zu können, nutzen und entwickeln wir die schnellstmöglichen Stimuli und Sonden: ultrakurze optische und elektromagnetische Impulse mit Frequenzen, die vom THz bis zum ultravioletten Spektralbereich reichen. In der ersten Förderperiode führte unser grundlagenorientierter Ansatz zu einer Fülle neuer Ergebnisse, grundlegender Erkenntnisse und innovativer Funktionalitäten. Diese sind in 150 Veröffentlichungen dokumentiert, von denen 50 von mindestens zwei Projektleitern gemeinsam verfasst wurden.In der zweiten Förderperiode planen wir unsere Materialbasis um eine Reihe neuartiger und prototypischer Systeme mit komplexerer Spinstruktur zu erweitern, wie z. B. natürliche und synthetische Antiferromagnete und zweidimensionale Magnete. In diesen Schichtsystemen werden wir die Kopplung an und über Grenzflächen untersuchen und optimieren. Zudem dienen nanoskalige plasmonische Strukturen der Verstärkung einfallender und emittierter elektromagnetischer Felder. Diese Ansätze werden es uns ermöglichen, neue Wege zur effizienten Manipulation, Kontrolle und Abfrage von Spinsystemen bei THz-Raten und auf Nanometer-Längenskalen zu erforschen. Langfristiges Ziel ist es, das Verständnis von Femtosekunden-Spindynamik in neuartige Funktionalitäten für künftige ultraschnelle spinbasierte Technologien zu übertragen.Unser Forschungskonsortium verfügt über ein umfassendes Portfolio an experimentellen und theoretischen Methoden, die sich ideal eignen, um ultraschnelle Spindynamik zu entschlüsseln und unsere Promovierenden in diesem wissenschaftlich faszinierenden und technologisch vielversprechenden Gebiet der Festkörperphysik auszubilden.
DFG-Verfahren
Transregios
Laufende Projekte
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A01 - Ultraschnelle Spindynamik und ihre Signatur in der elektronischen Struktur
(Teilprojektleiter
Weinelt, Martin
)
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A02 - Ultraschnelle Spindynamik in heterogenen magnetischen Systemen
(Teilprojektleiter
Eisebitt, Stefan
;
von Korff Schmising, Clemens
)
-
A03 - Elementspezifische Analyse der ultraschnellen Umverteilung von Spin- und Bahndrehmoment
(Teilprojektleiter
Föhlisch, Alexander
;
Pontius, Niko
;
Schüßler-Langeheine, Christian
)
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A04 - Ultraschnelle Spindynamik verbunden mit Kerndynamik in 2D und 3D
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Dewhurst, John Kay
;
Sharma, Ph.D., Sangeeta
)
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A05 - Elementare Terahertz-Wechselwirkungen von Spins in magnetischen Festkörpern
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Dörr, Kathrin
;
Kampfrath, Tobias
;
Seifert, Tom Sebastian
)
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A06 - Nanometer-aufgelöste ultraschnelle Spin- und Elektronendynamik an magnetischen Oberflächen
(Teilprojektleiter
Chiang, Cheng-Tien
;
Widdra, Wolf
)
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A07 - Brückenschlag zwischen ultraschneller und präzessionsbestimmter Magnetisierungsdynamik
(Teilprojektleiter
Kuch, Wolfgang
)
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A10 - Spin-Gitter-Kopplung auf ultraschnellen Zeitskalen
(Teilprojektleiter
Bargheer, Matias
;
Ernstorfer, Ralph
;
Windsor, Yoav William
)
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B01 - Untersuchung ultraschneller Spinströme mit (nicht-) linearer Magneto-Optik
(Teilprojektleiter
Melnikov, Alexey
;
Woltersdorf, Georg
)
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B02 - Ultraschnelle spintronische Bauelemente
(Teilprojektleiter
Kampfrath, Tobias
;
Schmidt, Georg
;
Woltersdorf, Georg
)
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B03 - Zeitabhängige Spindynamik und Elektrontransport
(Teilprojektleiter
Brouwer, Piet W.
)
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B04 - Spin-abhängiger Transport in inhomogenen Systemen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Henk, Jürgen
;
Mertig, Ingrid
)
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B05 - Spindynamik in atomar präzisen Nanostrukturen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Franke, Katharina
;
Kampfrath, Tobias
)
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B06 - Abbildung und Kontrolle der lokalen, zeitaufgelösten Spindynamik in Nanostrukturen
(Teilprojektleiter
Berakdar, Jamal
)
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B07 - Impulsaufgelöste Untersuchung von Relaxationsphänomenen und Kontrolle von Spins und Pseudospins in zweidimensionalen spintronischen Heterostrukturen
(Teilprojektleiter
Ernstorfer, Ralph
;
Gahl, Cornelius
;
Rettig, Laurenz
;
Wolf, Martin
)
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B08 - Kontrolle der ultraschnellen Spindynamik in zweidimensionalen Materialien durch Verspannung und proximale Anregung
(Teilprojektleiter
Bolotin, Kirill
;
Gahl, Cornelius
)
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B10 - Ultraschnelle Kontrolle von Berry-Phasen getriebenem Transport mittels Spin-Torque Anregungen von chiralen Magneten
(Teilprojektleiter
Parkin, Stuart
;
Taylor, James M.
;
Woltersdorf, Georg
)
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B11 - Untersuchung der Struktur und Dynamik von Exzitonen in zweidimensionalen Magneten und spintronischen Heterostrukturen
(Teilprojektleiterin
Seiler, Hélène
)
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MGK - Integriertes Graduiertenkolleg
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Franke, Katharina
;
Widdra, Wolf
)
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Z - Zentrales Koordinations- und Verwaltungsprojekt
(Teilprojektleiter
Weinelt, Martin
)
Abgeschlossene Projekte