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Prof. Dr. Markus Münzenberg
Institut für Physik

Felix-Hausdorff-Str. 6
17489 Greifswald

Telefon +49 3834 420-4780
Telefax: +49 3834 420-4701
markus.muenzenberg(at)uni-greifswald(dot)de

In der Arbeitsgruppe Femtosekundenspektroskopie (fs) wird die Dynamik von Magnetisierungsprozessen in Nanostrukturen, Energiekonversion und Transporteigenschaften (im THz-Bereich) unter die Lupe genommen ...

Was sind die Grenzen ultraschneller Manipulation der Magnetisierung? Wir möchten mit unserer Forschung das Verständnis von Femtosekunden Spindynamik und Spintransport in magnetische Nanostrukturen zusammenbringen.

Forschungsinteresse

  • Spintransport und Spinelektronik, Magnonik
  • Femtosekundynamik in Ferromagneten und Topologischen Isolatoren
  • Nanostrukturierung für Biosysteme

Details zu den Forschungsthemen mehr...


Spinströme als Terahertz-Quelle

Terahertz-Wellen bieten zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, sind bisher jedoch schwierig und nur eingeschränkt zu erzeugen. Ein neuartiges Konzept zur Erzeugung dieser elektromagnetischen Strahlung realisiert durch THz Spintronik. Emitter in Form einer dünnen Metallschicht kann das gesamte Terahertz-Spektrum erzeugen. Möglich macht dies die geschickte Nutzung der Spineigenschaft von Elektronen. Auf Basis dieses Prinzips lassen sich effizientere Quellen bauen, die lückenlos über die große Bandbreite von 1 bis 30 Terahertz abstrahlen. Der Spin ist eine magnetische Eigenschaft der Elektronen und dafür verantwortlich, dass sich Strom in magnetischen Metallen anders verhält als in nichtmagnetischen. Dies Effekt wird in der neuen Quelle durch den inversen Spin-Hall-Effekt ausgenutzt, um den Elektronenfluss so zu steuern…

Originalveröffentlichung: T. Seifert et al., Efficient metallic spintronic emitters of ultrabroadband terahertz radiation, Nature Photonics 10, 483–488 (2016).

Nature Photonics

Kohärente Spindynamik in Topologischen Isolatoren

Was passiert mit einem Topologischen Isolator bei Ultrakurzzeitanregung mit polarisiertem Licht? Ein Tolopogischer Isolator ist kein magnetisches Material, aber durch seine Topologischen Eigenschaften sind Spinströme verbunden mit Strömen die auf seiner Oberfläche fließen. Wird dieser mit polarisierten ultrakurzen Laserpuls angeregt, dann kann man eine induzierte Magnetisierung messen. Ursprung ist ein kohärentes Spinsignal auf ultraschnellen Zeitskalen. Die Dynamik der Spinpolarisation wird dabei durch eine Ramanzeit ~10-14 Femtosekunden beschrieben …

Originalveröffentlichung:
Coherent ultrafast spin-dynamics probed in three dimensional topological insulators
F. Boschini et al. Scientific Reports 5, 15304 (2015).

Scientific Reports

All-optical spin manipulation:

Magnetisation switching of FePt nanoparticle recording medium by femtosecond laser pulses

In a collaboration between Universities of Uppsala, Konstanz, Kiel, Madrid and Western Digital, we lifted the mystery of all-optical manipulation of the magnetization of FePt recording media. Today, FePt nanograins are developed, because of their large magnetic anisotropy, resulting in a high thermal stability even for a few nanometer sized grains, arising in their high coercive field of more than 4 Tesla. They are currently developed further for heat assisted magnetic recording. Our collaboration showed that different steps are important, from ab-initio calculations of the light induced magnetization up to the correct thermal description of the spin ensemble. That shows again the complexity of ultrafast magnetization dynamics, and that there is no unique process for describing ultrafast magnetism. Our calculations for each grain entered into a simple rate model that can explain the switching statistics. To date multiple laser pulses are needed to get a decent writing success. With our single shot experiments compared to the calculations, we can make now predictions for the boundary condition for single-shot laser writing of magnetic bits in the future.  

Reference:

Magnetisation switching of FePt nanoparticle recording medium by femtosecond laser pulses

R. John, M. Berritta, D. Hinzke, C. Müller, T. Santos, H. Ulrichs, P. Nieves, J. Walowski, R. Mondal, O. Chubykalo-Fesenko, J. McCord, P. M. Oppeneer, U. Nowak, M. Münzenberg, Sci. Rep. 7, 4114 (2017). 

Online publication date: 23-Jun-2017.

Wiecker Brücke in Nano

Die kleinsten Elemente sind 800 nm groß. Die Laserlithografie erlaubt mit zwei-Photonen Prozessen das Schreiben von Elementen von 150nm.
(Denker/Medvedev)

Seit dem Sommer 2015 haben wir zwei neue Großgeräte, die Forschung auf extremen kurzen Zeit und kleinen Längenskalen erlauben. Mit Hilfe des Laserlithografiegerät ist es möglich dreidimensionale Elemente für die Medizinforschung zu produzieren. Als Teststruktur wurde die Wiecker Brücke hundertausendfach verkleinert, unter Benutzung der Original Vermessungsdaten -  diese ist nun so klein, dass sie quer in ein Haar reinpasst. Unser Forschungsgebiet verbindet extreme Zeitskalen und extreme Längenskalen in neuartigen nanoelektronischen Bauelementen.  

Link zum Fernsehbeitrag in der Mediathek des NDR Nordmagazin: www.ndr.de