In seine dritte Phase geht der Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 173 „Spin+X – Spin in its collective environment“ der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Forschungsteams aus der Physik und der Chemie nunmehr zum letzten Mal für weitere vier Jahre mit rund 11 Millionen Euro. Die Arbeiten werden sich wie schon in den ersten acht Jahren mit der Spinforschung und ihrem Potenzial zum Beispiel für die Informationstechnologie befassen. Neben Ferromagneten und Antiferromagneten wird ein künftiger Schwerpunkt auf Altermagnetsysteme gelegt – das sind neuartige Magnete, bei denen die besten Eigenschaften von Ferro- und Antiferromagneten kombiniert sind. „Wir werden mit unseren Forschungen auf diesen Gebieten neue wissenschaftliche Erkenntnisse erzielen und neue Entwicklungen anstoßen. Gerade bei Altermagneten haben Kollegen aus dem SFB bereits Pionierarbeit geleistet“, sagt Prof. Dr. Mathias Kläui vom Institut für Physik der JGU, Vizesprecher und Mainzer Standortsprecher des SFB/TRR. Erkenntnisse der Spinforschung fließen schon jetzt in die Entwicklung neuer Techniken wie beispielsweise magnetischer Speicherchips und Sensoren ein.
Der Sonderforschungsbereich wird in seiner dritten Phase zu gleichen Teilen von Mainz und von Kaiserslautern getragen. „Wir haben auf einem hohen Niveau zusammengefunden und die beiden Standorte sind in den vergangenen Jahren zusammengewachsen“, so Kläui. Dies zeigt sich unter anderem an den gemeinsamen Veröffentlichungen. In der dritten Förderphase werden künftig noch mehr Teilprojekte als bisher gemeinsam verfolgt. „Wir untersuchen neue Forschungsfelder, die wir jeweils alleine nicht so erfolgreich erforschen könnten.“ Kläui betont zudem, dass sich die gute Zusammenarbeit nicht nur auf den Sonderforschungsbereich erstreckt, sondern auch bei vielen anderen Projekten auf festen Füßen steht. Dazu zählt etwa der Profilbereich TopDyn – Dynamics and Topology. In Mainz wird das Team künftig von Juniorprofessorin Dr. Angela Wittmann unterstützt, neu hinzugestoßen ist außerdem Dr. Alexander Mook, der an der JGU eine Emmy Noether-Nachwuchsgruppe leitet.
Altermagnete – das Beste aus zwei Welten kombiniert
Auch wenn die bisherigen Schwerpunkte weiterhin eine Rolle spielen – also Ferromagnete und Antiferromagnete –, so wird in der dritten Phase nun ein besonderes Gewicht auf Altermagnete gelegt. „Diese dritte Klasse von kollinear geordneten Magneten kombiniert die günstigen Eigenschaften von Ferromagneten und Antiferromagneten – verknüpft also das Beste aus den beiden Welten“, erklärt Kläui. Antiferromagnete haben den Vorteil, dass sie insgesamt kein magnetisches Moment besitzen und daher unempfindlich gegen Störfelder sind, eine große Dichte von Speichereinheiten und eine schnelle Magnetisierungsdynamik aufweisen. Ferromagnete können dagegen spinpolarisierte Ströme erzeugen. Altermagnete nutzen für das Schreiben die schnelle Dynamik der antiferromagnetischen Ordnung und für das Lesen von Daten die Vorteile der spinpolarisierten Ströme wie in Ferromagneten. „Es ist ein Highlight unserer Forschung, dass wir nun die Altermagnete als neue Klasse untersuchen“, so Kläui. Theoretisch wurden Altermagnete intensiv bereits in der Gruppe von Prof. Dr. Jairo Sinova an der JGU untersucht und kürzlich experimentell realisiert.
Der SFB/TRR „Spin+X – Spin in its collective environment“ wurde 2016 erstmals bewilligt. Die Koordination liegt bei der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau. Daran beteiligt sind in Kaiserslautern der Fachbereich Physik und vonseiten der JGU das Institut für Physik und das Department Chemie. Die dritte Förderphase beginnt am 1. Januar 2024. Vizesprecher Mathias Kläui ist auch Co-Sprecher des Forschungsverbunds FunQC (Functional Quantum-Classical Hybrids), mit dem sich die JGU in der Exzellenzstrategie um Förderung als Exzellenzcluster bewirbt.