Untersuchung des Wärmetransports in polaren Halbleitern

• Antragsteller: Dr. Vilmos Kocsis
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540912241

Im letzten Jahrzehnt hat sich die Untersuchung elektrischer und thermischer Transporteigenschaften als wesentlich für die Erforschung topologisch nicht trivialer und frustrierter Magnete erwiesen. In diesem Forschungsvorschlag werden wir einen ähnlichen experimentellen Ansatz bei der Untersuchung multiferroischer Materialien implementieren. Diese Verbindungen besitzen auch starke Spin-Gitter-Wechselwirkungen oder topologisch nicht triviale Magnonbänder. Neben detaillierten Einblicken in die mikroskopischen Mechanismen dieser komplizierten magnetischen Systeme erwarten wir die Beobachtung neuartiger Transportphänomene. In Zukunft könnten diese neuen Effekte die Grundlage für die durch ein elektrisches Feld gesteuerte Steuerung von Wärmeströmen über die magnetoelektrische Kopplung bilden, deren Funktionalität noch nie zuvor nachgewiesen wurde. In magnetoelektrischen (ME) Verbindungen bewirken die Spin-Bahn- und Spin-Gitter-Wechselwirkungen eine starke Kopplung zwischen den elektrischen und magnetischen Freiheitsgraden. Beispielsweise hat der ME-Effekt zur Entwicklung einer durch ein elektrisches Feld gesteuerten Steuerung magnetischer Zustände geführt, die für zukünftige spintronische Anwendungen von grundlegender Bedeutung sein wird. Der Wärmetransport in Multiferroika wird jedoch selten untersucht. In den letzten Jahren wurde ein riesiger thermischer Hall-Effekt im magnetoelektrischen Fe2Mo3O8 beobachtet. Während die starke Spin-Gitter-Wechselwirkung im Hintergrund des großen Hall-Effekts vermutet wird, gibt es noch zahlreiche offene Fragen und ein Interesse daran, die zugrunde liegenden mikroskopischen Mechanismen aufzudecken. Aus diesem Grund planen wir, die Erforschung von Transporteffekten durch die systematische Untersuchung von Swedenborgiten, CaBaFe4O7 und CaBaCo4O7, auf andere Multiferroika auszudehnen. Diese Verbindungen zeigen noch stärkere ME-Effekte, die aus der Spin-Gitter-Kopplung stammen. Neben dem konventionellen thermischen Hall-Effekt werden in Multiferroika auch exotischere Wärmetransportphänomene erwartet. Analog zum kürzlich entdeckten optischen Diodeneffekt in LiCoPO4 (bei dieser ME-Verbindung wird Licht in eine Richtung durchgelassen, aber in die entgegengesetzte Richtung absorbiert) erwarten wir das Auftreten des sogenannten thermischen Diodeneffekts, also einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit denn gegenläufige Wärmeströme sind unterschiedlich. Unsere Forschung bedeutet die ersten bahnbrechenden Schritte in diese Richtung. Wir werden den thermischen Transport im topologisch nicht trivialen, multiferroischen Skyrmion-Wirt GaV4S8 untersuchen, der ein besonders spannender Kandidat für den Nachweis der Existenz eines topologischen thermischen Hall-Effekts ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen