Periode 2006-2009 Projektbereich B

Projektbereich B:
Transport und Dynamik

Im Projektbereich B "Transport und Dynamik" werden Nichtgleichgewichtszustände von Nanomagneten betrachtet. Darunter verstehen wir spinabhängigen Transport, Fluktuationen und Spinwellen, strominduzierte Domänenwandbewegung sowie Umschaltprozesse. Im Nanomagnetismus können die verschiedenen Phänomene nicht mehr unabhängig von einander betrachtet werden: so werden stromdurchflossene Nanostrukturen zur Spinpräzession angeregt, strahlen Mikrowellen ab oder zeigen Magnetisierungsumkehr. Daraus ergeben sich sowohl für die Grundlagenforschung als auch für technologische Anwendungen völlig neue Perspektiven, die im geplanten SFB verfolgt werden sollen. Dynamische Untersuchungen liefern einen fundamentalen Einblick in den kollektiven Magnetismus. Dabei decken die relevanten Längenskalen den überaus weiten Bereich von makroskopischen Distanzen aufgrund der dipolaren Wechselwirkung bis hin zur mikroskopischen Skala aufgrund der Austausch- und Spin-Bahn-Wechselwirkung ab. Dieses stellt eine große Herausforderung dar, für das Experiment ebenso wie für die Theorie. In enger Kooperation sollen im Projektbereich B magnetische Materialien, insbesondere 3d-Ferromagnete, durch gezielte Kombination von fokussierter Ionenstrahltechnik, Rasterkraft- und Elektronenstrahl- Lithograhie bis hinunter auf die 10 nm-Skala reproduzierbar strukturiert (Top-Down-Approach) sowie zeit- und ortsaufgelöst untersucht werden.

Hinsichtlich der betrachteten Strukturgrößen stellen wir damit den Überlapp mit dem Bottom-Up-Approach (typische Skala: 0,1 nm bis einige 10 nm) her. Innovative Messtechniken wie spinaufgelöste inelastische Rastertunnelspektroskopie, Spektroskopie mit laborerzeugten fs-XUV-Pulsen und mit dem Freien-Elektronen-Laser (FEL) am DESY werden dabei neue Einblicke in die Spindynamik auf einer bisher kaum erforschten Längen- und Zeitskala bieten. In der Theorie nutzen wir sowohl klassische als auch Quanten-Monte-Carlo-Methoden, um Fluktuationen, Spinwellen-Moden und Phasenübergänge zu berechnen. Zum mikroskopischen Verständnis des spinabhängigen Transports und der strominduzierten Dynamik werden die elektronischen Zustände und Spinverteilungen, die selbstkonsistent berechnet werden, in die Streutheorien mit einbezogen.