TRR 227:  Ultraschnelle Spindynamik

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328545488
 

Projektbeschreibung

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

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Freie Universität Berlin
Mitantragstellende Institution Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beteiligte Institution Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI); Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie; Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie
im Forschungsverbund Berlin e.V.; Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
Beteiligte Hochschule Technische Universität Berlin; Universität Potsdam
Sprecher Professor Dr. Martin Weinelt