Arbeitsgruppe Prof. Weiler

Forschung

Spins richten sich in einem angelegten Magnetfeld aus. Auf diesem Umstand basieren technologische Spin-Anwendungen vom Kompass über Sensoren bis hin zu magnetischen Speichertechnologien. Die zur Ausrichtung der Spins in Speicherzellen benötigten Magnetfelder werden üblicherweise durch stromdurchflossene Leiter erzeugt. Damit sind die Eigenschaften dieser so genannten Oersted-Felder durch geometrische und elektrische Eigenschaften der Leiter definiert und damit in ihrer Ausgestaltung und Energieeffizienz fundamental beschränkt.

Wir untersuchen neuartige physikalische Prozesse, die eine Kontrolle von Spins ohne solche externen Magnetfelder ermöglichen. Stattdessen nutzen wir insbesondere die Spin-Bahn-Kopplung sowie die quantenmechanische Austauschkopplung zur magnetfeldfreien Spinkontrolle. Durch diese Kopplungseffekte können wir den Zustand von Spins auf sub-Nanosekunden Skala kontrollieren und auslesen. Wie in der Abbildung gezeigt, können wir anstelle von externen Magnetfeldern damit Elektronen, Phononen, Photonen und Magnonen zur Spinkontrolle nutzen.

Diese hybride Spinkontrolle bietet fundamental neue Symmetrien und Effizienzen bei der Manipulation und Detektion von Spinzuständen, die mit Oersted-Feldern nicht erreicht werden können. Ein klares Verständnis der zugrundeliegenden Wechselwirkungsphänomene ist entscheidend um diese Prozesse in zukünftigen technologischen Produkten einsetzen zu können. Technologische Anwendungen, die von diesen neuartigen Kontrollmechanismen profitieren können, finden sich insbesondere im Bereich der Informationsverarbeitung.

Elektron-Spin Kontrolle

Phonon-Spin Kontrolle

Magnon-Spin Kontrolle

Photon-Spin Kontrolle

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