Magnonen-vermittelter Wärme- und Spin-Transport in magnetischen Isolatoren

• Antragsteller: Dr. Vitaliy Vasyuchka
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198173812

Die Untersuchung der Interaktion zwischen dem phononischen und dem magnonischen Subsystem eines magnetischen Materials stellt ein hochaktuelles Forschungsthema der Spinkaloritronik dar. Die Komplexität der magnonischen Spektren, ihre Abhängigkeit von der Orientierung des externen Magnetfeldes und die Existenz sowohl von Volumen- als auch von Oberflächenmoden machen diese Aufgabe zu einer faszinierenden Herausforderung. Für das lineare Anregungsregime liefern unsere Ergebnisse der ersten Förderperiode die benötigte Expertise bezüglich des durch Magnonen vermittelten Spin- und Wärmetransports in magnetischen Isolatoren.Im aktuellen Projekt werden wir nichtlineare und parametrische Prozesse in magnetischen Isolatoren untersuchen, die einen thermischen Gradienten aufweisen. Unsere Studien werden sich im Besonderen mit parametrischen Instabilitäten, Multi-Magnonen-Streuprozessen und nichtlinearen, selbstinduzierten magnonischen Effekten beschäftigen. Wir erwarten, eine gezielte Kontrolle parametrischer Prozesse durch thermische Gradienten ermöglichen zu können. Es werden Methoden entwickelt, die eine Manipulation der nichtlinearen Dämpfung von Magnonen über deren Streueffizienz in thermischen Feldern erlauben. Es werden thermische Nichtlinearitäten induziert, welche zu einer Ausbildung selbstfokussierender Spinwellenstrahlen führen. Die Ausbildung einer thermisch bedingten Selbst-Fokussierung von Spinwellenstrahlen wird realisiert werden. Die erwarteten Ergebnisse werden eine bedeutende Erweiterung der Kenntnisse über die Physik nichtlinearer magnonischer Phänomene in inhomogenen und nichtstationären thermischen Feldern liefern. Das bislang verwendete Yttrium-Eisen-Granat (YIG) ist das ideale Material für die vorgeschlagenen Untersuchungen, da es auf Grund seiner geringen Dämpfung eine niedrige Schwelle für nichtlineare Effekte aufweist. Die Magnonenströme in YIG werden mit Hilfe zeit-, orts-, wellenvektor- und phasenaufgelöster Brillouin-Lichtstreuspektroskopie in Kombination mit Mikrowellentechniken experimentell untersucht werden. Die räumliche Verteilung und die zeitliche Entwicklung sowohl der von Magnonen induzierten als auch der extern erzeugten zwei-dimensionalen thermischen Felder wird zusätzlich durch Infrarot-Thermographie visualisiert und vermessen werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Beteiligte Person: Professor Dr. Burkard Hillebrands