Terahertz spin- and valleytronics

• Antragstellerin: Professorin Sangeeta Sharma, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522036409

Spin- und Valley-Indizes stellen die entscheidenden Quantenlabels von Quasiteilchen in einer breiten Klasse zweidimensionaler Materialien dar und bilden die Grundsteine von Spintronics und Valleytronics. Während es wohletabliert ist, dass ultrakurze Lichtpulse den Ladungszustand eines Valleys kontrollieren können, sind robuste Verfahren zur Steuerung von Größe und Richtung der Valley- und Spinströme noch ein gesuchtes Ziel. Durch die Anwendung maßgeschneiderter hybrider Lichtpulse, die THz-modulierende Einhüllende mit ladungsanregenden Pulsen kombinieren, beabsichtigen wir die Kontrolle mittels Lichts über die Erzeugung von Spin- und Valleyströmen in einer weiten Reihe von Materialien zu demonstrieren: Spinströme in den 2D-Magneten CrI3 and Fe3GeTe2 sowie Valleyströme in Heterostrukturen aus hexagonalem Bornitrid (hBN) und einlagigem Graphen. Das letztere System wird eine Plattform bereitstellen, um Moiré-Effekte in der kohärenten Stromgeneration zu sondieren während Heterostrukturen aus dem 2D-Magneten CrI3 und TMDCs als ein System untersucht werden in dem der Lagen-Freiheitsgrad in einem weniglagigem Stapel gezielt angeregt werden kann durch Einstellen der Pulsparameter. Die Arbeiten sind in drei Arbeitspakete (WP) unterteilt: WP1: Die Feststellung, wie hybride Lichtpulse mit (THz) Pilot- und Anregungskomponenten kontrollierte Spin-Photoströme in 2d-Magneten erzeugen können. Zwei Magnete von gegenwärtigem experimentellem Interesse werden berücksichtigt: CrI3 und Fe3GeTe2. Innerhalb dieses work-packages werden Methoden für die übrigen Teile des Projekts entwickelt und getestet werden, insbesondere wird die Genauigkeit eines wannierisierten Tight-Binding-Ansatzes im Vergleich zu ab-initio zeitabhängiger Dichtefunktionaltheorie (TD-DFT) herausgearbeitet werden. WP2: Die Erzeugung von Valley-Photoströmen in Moirés aus hexagonalem Bornitrid und Graphen, aufbauend auf Vorarbeiten die eine Photostrom-Antwort in idealem Graphene mit minimaler Bandlücke begründet haben. Eine Kernfrage ist die Feststellung von Moiré-Effekten auf lichtinduzierte Valleyströme: welchen Einfluss hat das Moiré auf den Photostrom? WP3: Das Maßschneidern von Pulsen für die Erzeugung von Spin und Valley-Photoströmen in Heterostrukturen aus 2D-Magneten und TMDC. Die zentrale Frage wird hierbei sein, wie die Pulsparameter feinjustiert werden können, um Strom sowohl innerhalb als auch zwischen den individuellen Lagen der Heterostruktur zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen