Ultraschnelle magnetische Ordnungsdynamik in Antiferromagneten

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Aeschlimann; Professor Dr. Manfred Albrecht; Professor Dr. Ulrich Nowak
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318592081

Die Möglichkeit rein optisch magnetische Strukturen auf einer Zeitskala unterhalb einer Picosekunde zu schreiben ebnet den Weg zu ultraschnellen magnetischen Informationsspeichern. Bezüglich der verwendeten Materialien galt das Interesse auf dem Gebiet des rein optisch induzierten Schaltens vor allem Ferrimagneten wie GdFeCo, da bereits gezeigt wurde, dass man magnetische Domänen mit einem einzigen Laserpuls von einer Dauer unter 100 Femtosekunden ummagnetisieren kann. Die bislang untersuchten Materialien sind allerdings nur bedingt kommerziell einsatzfähig, weshalb die Suche nach weiteren für die ultraschnelle Informationsverarbeitung in Frage kommenden Materialien anhält. In der vergangenen Antragsperiode lag unser Fokus daher auf dem Ferromagneten FePt - ein Material, das aufgrund seiner hohen magnetischen Anisotropie bereits in der magnetischen Datenspeicherung eingesetzt wird. Durch die Beimischung von antiferromagnetisch koppelnden Elementen wie Tb, Gd, und Cr sollte der Übergang von schlecht schaltenden Ferromagneten zu ultraschnell schaltenden Ferrimagneten untersucht werden. Es zeigte sich, dass speziell FeCrPt in dieser Hinsicht vielversprechend ist, und erste Resultate zum polarisationsabhängigen Schalten konnten erzielt werden.In unserem Fortsetzungsantrag wollen wir unseren Fokus auf Antiferromagnete legen. Während bislang Antiferromagnete überwiegend als rein passive Elemente in Kombination mit Ferromagneten in Spintronik-Bauteilen verwendet wurden, verschiebt sich zurzeit das Interesse der internationalen Forschung in Richtung aktiver antiferromagnetischer Komponenten. Als unabdingbare Funktionalität von Antiferromagneten für die Spintronik wurde inzwischen gezeigt, dass man antiferromagnetische Texturen sowohl elektrisch schreiben als auch lesen kann. Das Laser-induzierte, ultraschnelle Schaltverhalten wurde bislang jedoch nur ansatzweise untersucht. In diesem Gemeinschaftsprojekt wollen wir durch eine Kombination von Probenpräparation und -charakterisierung, optischen Messungen der Laser-induzierten Spindynamik und quantitativen numerischen Simulationsverfahren die ultraschnelle Dynamik und das ultraschnelle Schalten von Antiferromagneten untersuchen. Die Hauptziele unseres Projektes sind das mikroskopische Verständnis des Laser-induzierten Schaltens in dünnen antiferromagnetischen Schichten wie etwa CrPt oder dielektrischen Oxiden (Granate, Orthoferrite), die Untersuchung des Einflusses heißer Elektronen und/oder Spinströme aus einer metallischen Deckschicht auf das Schaltverhalten, sowie Multiskalensimulationen, um einerseits die Modellannahmen zu verifizieren und andererseits zum Verständnis der statischen und zeitaufgelösten Experimente beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartner: Professor Dr. Peter Oppeneer