Dritter Förderzeitraum 2024-2027:
B03 Spin+Nichtgleichgewicht: Ultraschnelle Drehimpuls-Transferprozesse zwischen Elektronen, Magnonen und Phononen
Prof. Dr. Hans Christian Schneider (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Bärbel Rethfeld (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Benjamin Stadtmüller (Institut für Physik, Universität Augsburg)
Das Projekt B03 beschäftigt sich mit Drehimpuls-Umwandlungsprozessen zwischen Elektronen, Magnonen und Phononen nach Anregung von Ferromagneten mit ultrakurzen optischen Pulsen. Insbesondere die Rolle von polarisierten Phononen und Bahndrehimpuls tragenden Photonen sowie deren Wechselwirkung mit Magnonen bei der Demagnetisierung stehen im Mittelpunkt der theoretischen und experimentellen Untersuchungen. Ziel ist ein umfassendes Verständnis der Magnetisierungsdynamik, das eine Brücke vom Femtomagnetismus zur Magnonik und insbesondere zu den phänomenologischen Landau-Lifschitz-Gilbert Gleichungen schlägt.
Zweiter Förderzeitraum 2020-2023:
B03 Spin+Non-Equilibrium: Ultraschnelles Nicht-Gleichgewicht und Transport
Prof. Dr. Hans Christian Schneider (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Bärbel Rethfeld (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Benjamin Stadtmüller (Fachbereich Physik, RPTU)
Das Projekt B03 zielt auf das Verständnis der gleichgewichtsfernen Dynamik in ferromagnetischen Metallen und Ferromagnet-Metall-Multilayern, insbesondere der Magnetisierungsdynamik und des spinabhängigen Transports, wie sie nach ultrakurzen Impulsanregungen und hauptsächlich auf ultraschnellen Zeitskalen auftreten. Der Theorieteil dieses Projekts untersucht die Elektron-Magnon-Wechselwirkungen und kombiniert Boltzmann-Transportgleichungen, stochastische Methoden und makroskopische Ansätze, um die elektronische Spindynamik in metallischen Systemen auf allen relevanten Energieskalen zu erfassen. Experimentell wird die elektronische Dynamik fernab des Gleichgewichts mit einer neuartigen Methode untersucht, die auf dem ultraschnellen magneto-optischen Kerr-Effekt mit Tiefenauflösung basiert.
Erste Förderperiode 2016-2019:
B03 Spin+Non-Equilibrium: Ultraschneller Nicht-Gleichgewichts-Spin- und Ladungstransport
Prof. Dr. Hans Christian Schneider (Fachbereich Physik, RPTU)
Prof. Dr. Bärbel Rethfeld (Fachbereich Physik, RPTU)
JProf. Dr. Benjamin Stadtmüller (Fachbereich Physik, RPTU)
Das Projekt B03 befasst sich mit der umfassenden Untersuchung des Spin- und Ladungstransports in magnetischen Mehrschichtstrukturen unter ausgeprägten Nicht-Gleichgewichtsbedingungen, die durch ultrakurze optische Pulse erzeugt werden. Dabei entstehen hohe Dichten von heißen Ladungsträgern weit entfernt von der Fermi-Energie, die sich ballistisch durch die Struktur zu bewegen beginnen, aber auch spinabhängige Relaxationsprozesse durchlaufen. Unser Verständnis des Spintransports in magneto-elektronischen Bauelementen ist hier also nicht anwendbar. Der Theorieteil dieses Projekts kombiniert komplementäre Methoden, um einen breiten Bereich von Anregungen abzudecken, von nahe dem Fermi-Niveau, wo die Details der Bandstruktur wichtig sind, bis hin zu hohen Energien, wo plasmaähnliche Modelle angewendet werden können. Für diese Vielfalt von Anregungsbedingungen wird der Transport heißer Elektronen experimentell mit einer neuartigen Methode untersucht, die auf dem ultraschnellen magneto-optischen Kerr-Effekt mit Tiefenauflösung basiert.
Ziel 1: Verständnis der Rolle des Nicht-Gleichgewichts beim spinaufgelösten Heißelektronentransport in homogenen Metallen
Ziel 2: Charakterisierung des zeitabhängigen Spin- und Ladungstransports durch Grenzflächen und Mehrschichtstrukturen
Ziel 3: Entwicklung von numerisch leicht nachvollziehbaren makroskopischen Ansätzen zur Modellierung des zeitabhängigen Spintransports für einen breiten Bereich von Anregungsbedingungen verschiedener magnetischer Multischichten