Trockener Vektor-Magnet-Kryostat für Magneto-Optik

• Subject Area: Condensed Matter Physics
• Term: Funded in 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 460909147

Wir beantragen einen trockenen Vektor-Magnet-Kryostaten für magneto-optische Anwendungen. Das Gerät besteht aus dem Vektor-Magnet-Kryostaten selbst, einer Streufeldabschirmkammer, einem Vektor Netzwerk Analysator sowie einem optischen Tisch. Das beantragte Gerät mit Zubehör wird eine leistungsfähige Apparatur zur Spektroskopie von Spindynamik mit Mikrowellen und optischen Methoden bilden. Mit dem beantragten Gerät werden wir die Photonen-basierten Spektroskopiemethoden zweier Arbeitsgruppen an der TU Kaiserslautern in einem breiten Temperaturbereich und mit 3D Vektor-Magnetfelder einsetzen können. Die geplanten Messungen können mit bestehenden Gerätschaften der TU Kaiserslautern nicht durchgeführt werden. Das Hauptgerät wird 3D Vektor-Magnetfelder, Temperaturregelung und vibrationsarme Nanopositionierung von Proben unterhalb eines Mikroskopobjektives mittels eines speziellen optischen Probenstabes bereitstellen. Da die TU Kaiserslautern über keine Helium-Rückgewinnung/Verflüssigung verfügt, muss der Kryostat dabei trocken sein. Die Streufeldabschirmung wird benötigt, um das Streufeld des 3D Vektormagneten zu minimieren, so dass hochempfindliche existierende Lithographiegeräte im gleichen Gebäude weiterhin spezifikationsgemäß eingesetzt werden können. Der Vektor Netzwerk Analysator bildet die messtechnische Basis für die geplante Mikrowellenspektroskopie und optische Spektroskopie der Arbeitsgruppe, die das Gerät hauptsächlich nutzen wird (Breitbandmagnetresonanz und mikrofokussierter frequenzaufgelöster magneto-optischer Kerr Effekt). Der optische Tisch wird als Plattform zum Aufbau existierender Optiken und Lasersysteme mit fixer Referenz zum Vektor-Magnet-Kryostaten genutzt werden. Mit dem beantragten Gerät können die zwei Arbeitsgruppen Magnetisierungsdynamik in magnetisch geordneten Materialien mit Phasenübergängen unterhalb der Raumtemperatur untersuchen. Dies sind z. B. chirale Magnete, kompensierte Ferrimagnete oder Antiferromagnete. Das Gerät wird es uns ermöglichen, sowohl die integralen spindynamischen Eigenschaften von Dünnfilmen und Einkristallen als auch die ortsaufgelöste Spindynamik in mikrostrukturierten magnonischen Strukturen zu untersuchen. 3D-Vektor-Magnetfelder sind dabei notwendig, um Anisotropien in Spindyamik und Spin-Ladungs-Konversion zu detektieren und magnetische Texturen (z.B. Skyrmionen) zu stabilisieren. Das beantrage Gerät wird damit wesentlich zu mehreren laufenden und geplanten Forschungsprojekten beider Arbeitsgruppen beitragen. Es ermöglicht uns die Auseinandersetzung mit aktuellen und relevanten wissenschaftlichen Fragestellungen in den Bereichen Magnonik und Skyrmionik, deren Beantwortung mit existierenden Geräten nicht möglich ist.

• DFG Programme: Major Research Instrumentation
• Major Instrumentation: Trockener Vektor-Magnet-Kryostat für Magneto-Optik
• Instrumentation Group: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Applicant Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leader: Professor Dr. Mathias Weiler