Dritter Förderzeitraum 2024-2027:

A02 Spin+Optische Kontrolle: Optisches Engineering von Zuständen mit geordnetem Spin auf der fs-Zeitskala

Prof. Dr. Benjamin Stadtmüller (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Martin Aeschlimann (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Hans-Joachim Elmers (Institut für Physik, JGU)

Im Teilprojekt A02 untersuchen wir die ultraschnelle Dynamik optisch induzierter Phasenübergänge in magnetischen und spintexturierten Materialien mit komplexen Topologien und Symmetrien. Modellsysteme sind sowohl kompensierte Magnete als auch 2D Heterostrukturen. Wir nutzen unsere aufgebauten Impulsmikroskopie-Experimente, um den Zusammenhang zwischen der Nichtgleichgewichtsdynamik von Ladungsträgern, Bandstruktur und den Spin- und Kristallsymmetrien der Materialsysteme aufzudecken. Unser Ziel ist die Entwicklung neuer Strategien für die energieeffiziente, optische Kontrolle der Spinordnung komplexer Materialien auf ultraschnellen, Femtosekunden-Zeitskalen.

Zweiter Förderzeitraum 2020-2023:

A02 Spin+Phase-Change: Konkurrierende Wechselwirkungen von Spin mit Ladung und Gitter

Dr. Benjamin Stadtmüller (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Martin Aeschlimann (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Gerd Schönhense (Institut für Physik, JGU)

Im Projekt A02 arbeiten die PIs beider Universitäten eng zusammen, um die fundamentalen Wechselwirkungen von Spins mit Ladung und Gitter während des optisch induzierten Phasenübergangs in magnetischen Materialien zu untersuchen. Daher wird in diesem Projekt das erste vollständige Photoemissionsexperiment zur Untersuchung der Nicht-Gleichgewichtsdynamik von Spin, Ladung und Gitter von optisch angeregten Zuständen auf einer Femtosekunden-Zeitskala aufgebaut. Unser Ziel ist es, einen neuartigen Multi-Transitionszeit-Ansatz zu implementieren, um die Spin-, Ladungs- und Gitterdynamik im Impulsraum zu entflechten. Dies wird uns erlauben, neue spinabhängige Wechselwirkungen und noch unbekannte Energie- und (Dreh-)Impulsdissipationsmechanismen von Spinträgern in Materie aufzudecken.

Erste Förderperiode 2016-2019:

A02  Spin+Phase-Change: Konkurrierende Wechselwirkungen von Spin mit Ladung und Gitter

JProf. Dr. Benjamin Stadtmüller (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Martin Aeschlimann (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Gerd Schönhense (Institut für Physik, JGU)

Im Projekt A02 arbeiten PIs beider Universitäten eng zusammen, um die Rolle von Spin-Ladungs-Gitter-Wechselwirkungen bei optisch induzierten Phasenübergängen in magnetischen, funktionalen und korrelierten Elektronenmaterialien aufzudecken. Besonders interessant ist, dass die konkurrierenden Wechselwirkungen des Spins mit der Ladung und dem Gitter, die durch Spin-Bahn-Wechselwirkungen gesteuert werden, zu reichhaltigen Phasendiagrammen von Zuständen in neuartigen korrelierten Elektronenmaterialien führen. Magnetisch geordnete Phasen stehen oft in direkter Konkurrenz zu anderen geordneten Phasen, wie z.B. ladungsgeordneten Phasen. Im thermischen Gleichgewicht ist die dominante Wechselwirkung, die für die Bildung einer bestimmten Phase verantwortlich ist, im Allgemeinen schwer zu bestimmen. Durch die Implementierung und Anwendung einer neuartigen zeitaufgelösten und spin-sensitiven XUV-Impulsmikroskopie-Technik wird die spin-aufgelöste transiente Bandstruktur während des optisch induzierten Ordnungsverlustes auf einer Femtosekunden-Zeitskala untersucht. Somit kann die Spin-Dynamik in ihrer kollektiven Umgebung direkt untersucht werden.

Ziel 1: Etablierung einer neuartigen Methode für ein komplettes Photoemissionsexperiment basierend auf Impulsmikroskopie, die empfindlich auf zeit-, spin-, impuls-, energie- und ortsaufgelöste Bandstrukturdynamik in der gesamten Brillouin-Zone ist

Ziel 2: Verständnis der Rolle von Spin-Ladungs-Gitter-Wechselwirkungen bei optisch induzierten Phasenübergängen in magnetischen, funktionalen und korrelierten Elektronenmaterialien