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Terahertz spintronics and magnonics of ferro- and antiferromagnets

English title Terahertz spintronics and magnonics of ferro- and antiferromagnets
Applicant Grundler Dirk
Number 177550
Funding scheme ERA.Net RUS Plus
Research institution Laboratoire des matériaux magnétiques nanostructurés et magnoniques EPFL - STI - IMX - LMGN
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Material Sciences
Start/End 01.07.2018 - 30.06.2021
Approved amount 201'918.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Material Sciences
Electrical Engineering

Keywords (5)

Electromagnetic functional materials; Nanomaterials; Films and interfaces; Spintronics; Magnonics

Lay Summary (German)

Lead
In der Informationstechnologie finden ferro- und antiferromagnetische Materialien Anwendung in der Datenspeicherung und in der Sensorik. In den spintronischen Bauelementen wird dabei der Spinfreiheitsgrad der Elektronen ausgenutzt. Relevante Frequenzen liegen zwischen etwa MHz und wenige GHz. Um einen höheren Frequenzbereich bis wenige THz abzudecken, sind kollektive Spinanregungen (Magnonen) in ferri- und antiferromagnetischen Dünnfilmen von besonderem Interesse. Mit ihrer Hilfe könnten ultraschnelle Informationsübertragung und -prozessierung erreicht werden, ohne dass Ohmsche Verluste auftreten würden.
Lay summary

Unser Ziel ist es, ferri- und antiferromagnetische Dünnfilme hinsichtlich magnonischer Anregungen von wenigen GHz bis hin zu etwa 1 THz zu untersuchen. Dazu setzen wir zum einen breitbandige elektrische Spinwellenspektroskopie und zum anderen ineleastische Lichtstreuung (Brillouin-Streuung, BLS) ein. Unser BLS-Mikroskop erlaubt es, mit einer hohen Ortsauflösung (Mikrometer) und über einen weiten Temperaturbereich bis nahe an die kritische Temperatur des verwendeten Antiferromagneten (Néel-Temperatur) Dynamik zu untersuchen. Dadurch erhoffen wir uns Erkenntnisse zu gewinnen, inwieweit magnetische Anisotropien in Heterostrukturen die Spinsignale bis hinauf zu etwa 1 THz beeinflussen.

Insgesamt wollen wir zum Verständnis von aktiven und passiven magnetischen Komponenten für die sub-THz- und THz-Signalprozessierung beitragen. In diesem Frequenzbereich ist die Realisierung von kohärenten Signalquellen und entsprechenden Detektoren in kompakter Bauform eine physikalische und technische Herausforderung. Drahtlose Kommunikationstechnologien, chemische Analysemethoden und medizinische Bildgebung könnten beispielweise von einer THz-Technologie profitieren.

Direct link to Lay Summary Last update: 29.03.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Project partner

Natural persons


Name Institute

Publications

Publication
Optimization of Spin-Wave Propagation with Enhanced Group Velocities by Exchange-Coupled Ferrimagnet-Ferromagnet Bilayers
An K., Bhat V.S., Mruczkiewicz M., Dubs C., Grundler D. (2019), Optimization of Spin-Wave Propagation with Enhanced Group Velocities by Exchange-Coupled Ferrimagnet-Ferromagnet Bilayers, in Physical Review Applied, 11(3), 034065-034065.

Datasets

Optimization of Spin-Wave Propagation with Enhanced Group Velocities by Exchange-Coupled Ferrimagnet-Ferromagnet Bilayers

Author An, Kyongmo
Publication date 27.03.2019
Persistent Identifier (PID) 10.5072/zenodo.265611
Repository sandbox.zenodo.org
Abstract
Raw data associated to the manuscript ‘’Optimization of Spin-Wave Propagation with Enhanced Group Velocities by Exchange-Coupled Ferrimagnet-Ferromagnet Bilayers‘’, Phys. Rev. Applied 11, 034065 (2019). Two VNA data for bare YIG and YIG/Py are provided. Mathematica 10.1 was used for data processing. Comsol 5.2a was used for finite element method simulation.

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
183304 Microwaves for coherent control of quantum matter and magnonic devices 01.12.2018 R'EQUIP

Abstract

The main goals of the project are (i) to study, both theoretically and experimentally, mechanisms of electric current, mechanical stresses and electric potentials influencing physical properties of conducting and dielectric ferro- and antiferromagnetic heterostructures which exhibit eigenfrequencies in the microwave and terahertz frequency range, (ii) to investigate nonequilibrium processes in these structures and (iii) to develop concepts of signal processing and logic devices based on magnonic networks and antiferromagnets including ferromagnetic nanoelements under the influence of Dzyaloshinskii-Moriya interaction in microwave and terahertz frequency range.
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