Programmierbare integrierte magneto-phononische Schaltkreise

Schallwellen bzw. deren Quasiteilchen die Phononen stellen in der modernen Kommunikationstechnik eine unverzichtbare Ressource dar, da sie an nahezu jedes System koppeln. Darüber hinaus breiten sich diese mit einer moderaten Geschwindigkeit aus, die circa 100000-mal langsamer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Daher können Bauelemente für Frequenzen im Gigahertz-Bereich auf Chipgröße miniaturisiert werden. Magnetische Systeme besitzen ebenfalls Spin-Wellen-Anregungen in exakt diesem Frequenzbereich und sind deshalb ideal für die Kopplung an Schallwellen durch die sogenannte Magnetostriktion geeignet. In diesem gemeinsamen Vorhaben werden hochintegrierte und skalierbare Schaltkreise entwickelt, in denen die Ausbreitung von Phononen auf einem Chip gezielt durch maßgeschneiderte magnetische Dünnschichten und Gitter manipuliert werden kann. Durch Strukturierung der Magnetschichten wir die gezielte Konfiguration der Magnetisierung ermöglicht und so eine neue Kategorie von programmiebaren magneto-phononischen Schaltkreisen erschaffen. Hierzu werden die in den drei Arbeitsgruppen experimentellen und theoretischen Expertisen gebündelt, um eine vollständige Toolbox für magneto- phononische Schaltkreise zu entwickeln. Folgende für das Verständnis und die Anwendung wichtige Ziele und Fragestellungen sollen in diesem gemeinsamen Projekt bearbeitet werden: (1) Entwicklung der theoretischen und experimentellen Methoden für die Modellierung, des Designs und der Herstellung von magneto-phononischen integrierten Schaltkreisen. Hierzu werden (i) die Modellierungsmethoden von magnetischen und phononischen Systemen zu einer gemeinsamen Plattform vereint, (ii) die etablierten Methoden zur Herstellung von phononischen Schaltkreisen und magnetischen Dünnfilmen verknüpft sowie (iii) die so entworfenen und hergestellten Schaltkreise mit etablierten Methoden der Hochfrequenzspektroskopie validiert. (2) Untersuchung der magneto-phononischen Kopplung zwischen magnetischen Dünnschichten und phononischen Wellenleitern mit maßgeschneiderter Dispersion. (3) Herstellung von prototypischen integrierbaren und programmierbaren Bauelementen wie Isolatoren und Zirkulatoren für die Hochfrequenz-Anwendung. In diesem Vorhaben werden durchgängig innovative theoretische und experimentelle Methoden entwickelt, die es ermöglichen nicht nur fundamentale physikalische Fragestellungen zu beantworten. Es wird darüber hinaus die Grundlage für neuartige magneto-phononische Schaltkreise gelegt, deren großes Potential um alternative Konzepte wie die Kombination mit optisch adressierbaren Spinsystemen oder Quantenemittern eine breite Anwendung versprechen.