Die Rolle der Phononen für ultraschnellen Magnetismus

• Antragsteller: Professor Dr. Matias Bargheer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403035644

Die Erforschung des Magnetismus auf ultraschnellen Zeitskalen ist ein faszinierendes und höchst komplexes Arbeitsgebiet, das den Fortschritt bei Anwendungen für magnetische Datenspeicherung und Datenverarbeitung begleitet. Die komplexen Wechselwirkungsphänomene zwischen Freiheitsgraden von Elektronen, Phononen und Spins unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen werden mit zunehmend spezifischen Methoden der ultraschnellen Physik untersucht. Während die meisten Forschungsanstrengungen gezielt die Spins und Elektronen ansprechen, soll dieses Projekt quantitative Informationen über die Rolle des Kristallgitters bei ultraschnellen De- und Re-Magnetisierungsvorgängen sowie bei magnetischen Schaltprozessen liefern. Die Kenntnis der transienten Phonon-Temperatur in den einzelnen Schichten von Heterostrukturen ist wesentlich, weil das Kristallgitter den Großteil der thermischen Energie aufnimmt und als Wärmebad für die Spins wirkt, wenn sie beispielsweise unter die Curie-Temperatur abkühlen sollen. Für die Anwendung des spektakulären, rein optischen Schaltens von Legierungen wie GdFeCo ist das Abkühlen unter die Kompensationstemperatur wichtig. Beim ultraschnellen Spin-Seebeck Effekt ist es wichtig, den Temperaturgradienten über eine Grenzfläche hinweg zu kontrollieren. Wir planen umfangreiche Messzeiten an unserer einzigartigen lasergetriebenen Femtosekunden-Röntgenquelle für die Untersuchung der ultraschnellen Strukturdynamik ferromagnetischer Nano-Schicht Systeme zu verwenden. Wir zielen darauf ab, aus den materialspezifischen ultraschnellen Röntgenbeugungssignalen den Wärmetransport und transiente Verspannungen in Heterostrukturen zu rekonstruieren. Andererseits sollen die Amplitude und das räumliche Profil von ultraschnellen Verspannungswellen gemessen werden, mit denen sich magnetische Präzessionsdynamik treiben lässt. Der quantitative und direkte Zugang zum transienten Kristallgitter wird wichtige Möglichkeiten zur Überprüfung konkurrierender theoretischer Modelle liefern und bietet gleichzeitig eine alternative Perspektive, aus dessen Blickwinkel der ultraschnelle Magnetismus weiterentwickelt werden kann.Auf der technischen Ebene soll im Projekt die Möglichkeit geschaffen werden, unter den experimentellen Bedingungen der zeitaufgelösten Röntgenbeugung auch zeitaufgelöste magnetooptische Experimente durchzuführen, bei denen insbesondere die Laserpulsparameter der Anregung identisch sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen