Nicht-reziproke Akustik für die Spinwellendynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Albrecht; Professor Dr. Mathias Weiler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492421737

Akustische Oberflächenwellen (AOW) werden vielfältig in RF-Filtern und Sensoren eingesetzt, da ihre Wellenlänge gegenüber elektromagnetischen Wellen der gleichen Frequenz stark reduziert ist. Kohärente AOW im MHz- bis GHz-Bereich können in piezoelektrischen Substraten mittels metallischer Fingerstrukturen elektrisch angeregt und detektiert werden. Solche AOW propagieren im Allgemeinen reziprok. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die resonante Kopplung reziproker AOW mit nichtreziproken Spinwellen (SW) zu nichtreziproker Propagation magnetoakustischer Wellen in piezoelektrisch/ferromagnetischen Hybridstrukturen und damit verbunden zu potentiellen nichtreziproken Mikrowellen-Komponenten führt. Basierend auf diesen Ergebnissen sollen nun in diesem gemeinsamen Projekt nichtreziproke magnetoakustische Kopplungen in neuartigen Materialsystemen untersuchen werden.Zunächst werden wir dazu die Nichtreziprozität von magnetoakustischen Wellen im GHz-Frequenzbereich untersuchen. Dabei werden wir Hybridstrukturen bestehend aus piezoelektrischen Substraten und Dünnfilmen aus synthetischen Antiferromagneten und kompensierten Ferrimagneten verwenden. Dabei werden wir insbesondere den Einfluss der relativen Chiralität der AOW und SW prüfen und dabei ausnutzen, dass die AOW-SW Kopplung auch in Hybridmaterialien ohne magnetisches Nettomoment besteht. Derartige Hybridstrukturen könnten die Grundlage für miniaturisierte, „on-chip“ nichtreziproke Mikrowellen-Komponenten, wie z.B. Isolatoren bilden. Weiterhin werden wir AOW zur SW-Spektroskopie verwenden. Hierbei werden wir SW-Dispersionen und magnetische Texturen in magnetischen Dünnschichtsystemen mit Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung magnetoakustisch charakterisieren. Da die Wellenlänge von AOW kleiner als die optische Wellenlänge sein kann, erwarten wir dabei einen Auflösungsvorteil im Vergleich zu magneto-optischen Methoden. Abschließend werden wir dynamische magneto-optische Abbildungsverfahren nutzen, um die Wechselwirkung kohärenter Magnonen und Phononen mit Orts- und Phasenauflösung zu untersuchen. Insbesondere werden wir die Interkonversion von SW und AOW (und umgekehrt) quantifizieren. Anhand unserer Ergebnisse werden wir unsere Modelle zur Magnon-Phonon Wechselwirkung überprüfen und erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen