dd2D - Enthüllung transienter Dynamik von d-d-Anregungen in zweidimensionalen Antiferromagneten mittels zeitaufgelöster ARPES

• Antragsteller: Professor Dr. Mirko Cinchetti
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555818086

Das dd2D-Projekt zielt darauf ab, die multidimensionale zeit- und winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie (trARPES) einzusetzen, um die ultraschnellen Dynamik von d-d-Übergängen in der TMPS3-Familie, mit Übergangsmetallen (TM) wie Mn, Fe, Ni und Co, zu erforschen. Diese d-d-Übergänge sind Anregungen zwischen lokalisierten 3d-Zuständen von Übergangsmetallionen in kristallinen Festkörpern. Sie spielen eine grundlegende Rolle in einer Vielzahl von Phänomenen, die für die Festkörperphysik, die Materialwissenschaft und die Chemie relevant sind. Sie tragen zur charakteristischen Färbung von Übergangsmetalloxiden bei, sind instrumental für katalytische Prozesse auf Oxidoberflächen, entscheidend für die Hochtemperatursupraleitung und treiben Spin-Übergangstransitionen sowie die Verknüpfung von optischer Anregung mit quantisierten kollektiven Phänomenen wie Phononen und Magnonen voran. Bisher fehlte es in diesem Forschungsbereich an einer experimentellen Methode, um die komplexe Dynamik von Quasiteilchen, die mit d-d-Anregungen einhergehen, zu untersuchen – eine Herausforderung, die das dd2D-Projekt angehen möchte. Indem es sich auf die TMPS3-Familie von zweidimensionalen Vander- Waals-Antiferromagneten konzentriert, beabsichtigt dd2D nicht nur, diese Lücke zu überbrücken, sondern auch die Fähigkeiten unseres Ansatzes zu demonstrieren. Diese Wahl der Materialien unterstreicht das innewohnende Potenzial von d-d-Anregungen, da jüngste Entdeckungen in 2D-Antiferromagneten – von Elektron- Phonon-gebundenen Zuständen und Sub-THz-Frequenz-Magnon- Moden bis zu Spin-Bahn-gekoppelten Exzitonen, kohärenten THz-optischen Phononen und hybridisierten Phonon-Magnon-Moden – die reiche Phänomenologie hervorheben, die aus d-d-Übergängen resultiert. Der Erfolg des Projekts wird erwartet, unser Verständnis von lokalisierten d-d-Anregungen innerhalb zweidimensionaler Van-der- Waals-Magnete signifikant zu verbessern und ihre wesentliche Rolle bei der Manipulation der magnetischen Ordnung zu betonen. Angesichts der Allgegenwart von d-d Anregungen sind die Implikationen unserer Forschung umfangreich. Indem dd2D optische Anregung mit quantisierten kollektiven Phänomenen wie Phononen und Magnonen verbindet, zielt es darauf ab, neue Forschungswege in einem breiten Spektrum von festkörperphysikalischen Quantensystemen zu erschließen. Obwohl es hauptsächlich in der Grundlagenphysik verankert ist, haben die Ergebnisse des Projekts das Potenzial, bahnbrechende Entwicklungen in verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen zu katalysieren und so seine breitere Bedeutung und Anwendung zu demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Kooperationspartner: Dr. José Jaime Baldovi