Geometrische Phasen und Spin-Pumpen in Supraleitenden Spintronik-Bauelementen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Eschrig
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530670387

Supraleitende Spintronik verbindet supraleitende Quantenkohärenz und verlustfreien Transport mit Spinselektivität und Spinmagnetismus. Im Gegensatz zu herkömmlichen supraleitenden Bauelementen befasst sich die supraleitende Spintronik mit spinpolarisierten Elektronenpaaren, die einen Spin tragen. Wenn ein Ferromagnet zwischen zwei Supraleitern eingebettet ist, kann die Spintextur natürlicher oder künstlicher Grenzflächenschichten zu einer nicht koplanaren Spinanordnung mit dem Magnetisierungsvektor des Ferromagneten führen. Der entsprechende geometrische Raumwinkel definiert eine spingeometrische Phase, die die Kopplung von supraleitenden Kondensatphasen über einen Ferromagneten spinselektiv modifiziert. Diese Eigenschaft spingeometrischer Phasen hat das Potenzial, einen völlig neuen Zweig der supraleitenden Spintronik mit neuen Arten der Steuerung von supraleitenden Bauelementen zu initiieren. Ziel dieses Projektes ist es, eine theoretische Grundlage für die Beschreibung solcher Bauelemente im Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht zu entwickeln. Es befasst sich (i) mit einer engen Beziehung zwischen supraleitenden Paarkondensatphasen und spingeometrischen Phasen in spannungsgetriebenen supraleitenden Spintronik-Hybridstrukturen und (ii) mit dem Spin-Pumpen mittels ferromagnetischer Resonanz in supraleitenden Spintronik-Bauelementen. Im ersteren Fall kann die supraleitende Phase zeitabhängig werden und die spingeometrische Phase wirkt als Kontrollparameter, wohingegen im letzteren Fall die spingeometrische Phase selbst zeitabhängig werden kann. Das Zusammenspiel zwischen spingeometrischen Phasen und Supraleitung ist das übergreifende Thema in den verschiedenen Teilprojekten. Das vorliegende Theorie-Projekt orientiert sich an einer Reihe neuerer Experimente mit Ferromagnet/Supraleiter-Spintronikbauelementen, die ein ungewöhnliches Verhalten in der ferromagnetischen Resonanzlinienbreite zeigen, für das eine vollständige Erklärung noch nicht existiert. Die Lösung des vollständig zeitabhängigen und räumlich inhomogenen Nichtgleichgewichtsproblems betritt Neuland und ist bisher nicht versucht worden. Dieses anspruchsvolle Ziel ist nicht nur für Anwendungen wichtig, sondern wird dem Gebiet der supraleitenden Spintronik auch eine neue Richtung geben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen