Forschungsbericht 2010 - 2011 - Fachbereich Physik der Universität ...

AG Magnetismus
Experimentalphysik / Technische Physik
Prof. Dr. Burkard Hillebrands
Forschungsgebiete
Die Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe Magnetismus liegen schwerpunktmäßig im
forschungsfeld Spindynamik, ergänzt durch Untersuchungen zur Herstellung und
Eigenschaftscharakterisierung magnetischer Schichtsysteme und Nanostrukturen. Ein
zentraler Forschungsgegenstand sind Spinwellen und ihre quantisierten Anregungen,
die Magnonen, die in einer Vielzahl von physikalischen Fragestellungen untersucht
werden.
Als zentrale Untersuchungsmethode wird die Brillouin-Lichtstreu-Spektroskopie (BLS) in
verschiedenen Varianten und Aufbauten eingesetzt. Die wichtigsten sind neben der
konventionellen BLS die BLS-Mikroskopie sowie zeit- und phasenauflösende
Apparaturen. Weitere experimentelle Standbeine sind Mikrowellentechniken zur
Untersuchung der Spindynamik sowie Messverfahren, die auf dem magneto-optischen
Kerr-Effekt beruhen, darunter zeitaufgelöste Kerr-Effekt-Mikroskopie und eine Apparatur
zur Messung des quadratischen Kerr-Effekts. Zur Herstellung von Proben werden in der
Arbeitsgruppe zwei Molekularstrahlepitaxie-Maschinen eingesetzt. Zur Herstellung von
Nano- und Mikrostrukturen ist das Nano Structuring Center der TU Kaiserslautern
eingebunden.
Das Spektrum der bearbeiteten Projekte reicht von physikalischen Grundlagen bis hin zu
konkreten Anwendungen in Industrieprojekten, insbesondere auf dem Gebiet der
Magnetosensorik. Hierdurch werden den Gruppenmitgliedern vielfältige und konkrete
Einblicke in die ganze Breite der physikalischen Forschung vermittelt.
Die laufenden Projekte teilen wir in folgende Arbeitsgebiete ein:
● Magnonengase und -Kondensate: Magnonengase sind ein exzellentes Modellsystem
zur Untersuchung von Systemen mit internen, einstellbaren Wechselwirkungen. Hierzu
bearbeiten wir kollektive Effekte und Instabilitäten, insbesondere im Umfeld der Bose
Einstein-Kondensation. Dieses grundlagenphysikalische Projekt wird im Transregio
Sonderforschungsbereich 49 „Condensed Matter Systems with Variable Many-Body
Interactions“ durchgeführt, zu welchem sich Arbeitsgruppen aus Frankfurt,
Kaiserslautern und Mainz zusammengeschlossen haben.
● Magnon-Spintronik: Dieses Gebiet umfasst die auf Magnonen basierende
Informationsverarbeitung und ist eine Weiterentwicklung der traditionellen Elektronik
(Nutzung des Elektrons) und der Spintronik (Nutzung des Spins des Elektrons).
Gegenstand der Arbeiten sind die Übertragung von Information zwischen Spin/Elektron
und Magnon, sowie die Verarbeitung von Magnon-basierter Information. Wichtige
untersuchte physikalische Effekte sind der Spin-Hall-Effekt, nichtlineare Drei- und
Viermagnonenprozesse, parametrische Pumpmechanismen und lineare und nichtlineare
Wellenleiterphänomene.
● Magnonische Kristalle: Diese sind periodische magnetische Objekte, in welchen die
Bragg-Reflektion von Spinwellen besondere Funktionalitäten ermöglicht. Zum Beispiel
können spezielle miniaturisierte Frequenzfilter im GHz-Bereich realisiert werden. Im
Zentrum des Interesses stehen schaltbare magnonische Kristalle, welche neue Effekte
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