In dem Format “5 Fragen an ConQuMat” berichten Projektmitglieder über ihre Forschung, ihre Ziele und Herausforderungen sowie Chancen für die Zukunft.
Heute: Dr. Eva Benckiser vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart
Woran forschen Sie im Projekt ConQuMat?
In Magneten ordnen sich die atomaren magnetischen Momente (Spins) in einem spezifischen Muster an. Diese angeordneten Spins können durch Licht oder Röntgenstrahlen (Photonen) zu kollektiven Bewegungen, bekannt als Spinwellen, angeregt werden. In unserem Projekt setzen wir Raman-Spektroskopie und resonante Röntgenstreuung ein, um solche Spinwellen in ausgewählten Materialien mit starker Spin-Bahn-Kopplung zu untersuchen. Diese Techniken ermöglichen es uns, tiefere Einblicke in die dynamischen Eigenschaften der Spins zu gewinnen und ihre Wechselwirkungen besser zu verstehen.
Was hat Sie dazu inspiriert, sich in diesem (spezifischen) Forschungsbereich zu engagieren?
Unsere Forschung wird durch die Faszination für die grundlegenden Interaktionen zwischen Licht und Materie angetrieben, insbesondere im Hinblick auf magnetische Phänomene. Die gezielte Anregung und Analyse von Spinwellen mittels Photonen ist ein Paradebeispiel für das Zusammenspiel theoretischer Konzepte und experimenteller Methodik. Mit der Entdeckung, dass Materialien mit starker Spin-Bahn-Kopplung deutlich veränderte magnetische Eigenschaften aufweisen, öffnen sich neue Horizonte in der Forschung. Dieses Feld birgt nicht nur wissenschaftlich anspruchsvolle Fragestellungen, sondern verspricht auch, neuartige technologische Anwendungen voranzutreiben.
Was ist das Ziel Ihrer Forschung?
Das Hauptziel unserer Forschung ist das tiefgründige Verständnis und die zielgerichtete Beeinflussung komplexer magnetischer Ordnungsstrukturen in Verbindungen von Ruthenium und Rhodium. Diese Elemente bieten aufgrund der vergleichbaren Stärke von Kristallfeld- und Spin-Bahn-Kopplung einzigartige Möglichkeiten, die Besetzungen ihrer Elektronenorbitale und die damit verbundenen magnetischen Eigenschaften signifikant zu beeinflussen. Unsere Erkenntnisse tragen zum fundamentalen Verständnis von Quantenphänomenen bei und haben das Potenzial in der Informationstechnologie Anwendung zu finden.
Welche Herausforderungen begegnen Ihnen in Ihrer Forschung und wie gehen Sie damit um?
Im experimentellen Teil unserer Forschung fokussieren wir uns auf die Herstellung von Quantenmaterialien sowie die Messung ihrer quantenphysikalischen Eigenschaften. Eine wesentliche Herausforderung stellt die Synthese und Stabilisierung gewünschter Materialphasen dar, die bei Ruthenium- und Rhodiumverbindungen mit ausgeprägter Spin-Bahn-Kopplung besonders komplex sind. Der Aufbau und die Realisierung anspruchsvoller Experimente bilden einen weiteren Schwerpunkt unserer Tätigkeit. Unsere Gruppe hat hierfür ein inelastisches resonantes Röntgenstreuungsexperiment am DESY-PETRA III Synchrotron in Hamburg etabliert. Diese Versuchsanordnung ermöglicht Messungen bei Röntgenenergien, die auf die L-Kanten von Ru und Rh abgestimmt sind und bietet dadurch tiefe Einblicke in die elektronische Struktur sowie die damit verbundenen magnetischen Phänomene.
Wie könnte Ihre Forschung das Verständnis der Physik / der Welt / von Technologien / der Zukunft ändern?
Magnetische Materialien sind fundamental für die Entwicklung moderner Technologien, wie etwa Speichermedien und Prozessoren. Fortschritte hierbei hängen entscheidend von dem Verständnis und der gezielten Suche nach neuen Materialen mit noch besseren Funktionalitäten ab. Die von uns untersuchten Ruthenium- und Rhodium-Verbindungen öffnen neue Wege, um magnetische Ordnungen präzise zu steuern. In Zukunft könnten daraus Bauteile entwickelt werden, die Informationen auf noch kompakterem Raum speichern oder über Spinwellen transportieren, was zu einer deutlichen Steigerung der Effizienz und Geschwindigkeit in der Informationsverarbeitung führen könnte.