Temperatur- und Quantenfluktuationen in magnetischen Nanoteilchen
Ziel dieses Teilprojekts ist es, den Einfluss von thermischen und von Quantenfluktuationen auf die magnetischen Eigenschaften von Nanoteilchen auf Substratoberflächen zu verstehen. Dazu werden Phasendiagramme, kritische Exponenten, Schaltfrequenzen und Domänenwanddynamik von Nanoteilchen und Nanoteilchenarrays bei endlichen Temperaturen und bei T=0 mittels klassischer und Quanten-Monte-Carlo- sowie Variationsverfahren bestimmt und vor dem Hintergrund experimenteller Resultate diskutiert.
Ausgehend von den bereits gewonnenen Erkenntnissen zu Phasendiagrammen und kritischen Parametern für Nanoteilchen endlicher Größe, soll die Frage beantwortet werden, inwieweit die Curie-Temperatur einer einzelnen zweidimensionalen ferromagnetischen Insel von derjenigen einer geschlossenen Monolage abweicht. Die gleiche Frage stellt sich für ein Array aus solchen Inseln. Die Ergebnisse werden mit SP-RTM Messungen in Teilprojekt B4 verglichen. Um sämtliche Schaltwege (kohärente Rotation, Domänenwandschalten, Multidropletnukleation) zu erfassen, soll der bestehende Monte-Carlo-Code entsprechend erweitert werden. Desweiteren wird so das thermische Schaltverhalten von antiferromagnetischen Nanoinseln untersucht.
Neben der thermisch aktivierten Magnetisierungsumkehr soll auch das spinstrominduzierte Schalten und die strominduzierte Dynamik magnetischer Domänenwände theoretisch studiert werden. Im Rahmen dieses Teilprojekts ist die Entwicklung eines Spindynamikverfahrens zur Beschreibung des spinstrominduzierten Schaltens ohne adiabatische Einschränkungen geplant. In Kooperation mit dem Teilprojekt B4 sollen die Schaltrate und Verhältnisse zwischen Lebenszeiten und Schaltzeiten beim spinstrominduzierten Schalten als Funktion der Temperatur untersucht werden. Darüberhinaus werden die Domänenwandgeschwindigkeiten in glatten und strukturierten Nanostäben bei endlichen Temperaturen simuliert.
In Kooperation mit dem Teilprojekt B7 konnte erstmals demonstriert werden, dass magnetische Anregungen in eindimensionalen Antiferromagneten sehr stark von den Randbedingungen abhängen. Folglich zeigen lateral beschränkte Antiferromagnete einzigartige Spinwellenspektren. In der zweiten Förderperiode ist geplant, die Untersuchungen auf quantisierte Spinwellenanregungen und auf das thermische Rauschen in mikroskopischen Systemen mit Austauschwechselwirkungen höherer Ordnung zu erweitern. Die Ergebnisse sollen mit Messungen im Rahmen des Teilprojekts A1 an Ensembles von Co-Atomen auf Pt(111) verglichen werden.
Im Rahmen der Arbeiten zu diesem Teilprojekt wurde festgestellt, dass Quantenfluktuationen die relevanten Störungen in ein- und zweidimensionalen Antiferromagneten darstellen. Übergangs- und Blocking-Temperaturen sollen daher mittels continuous-time-Quanten-Monte-Carlo-Techniken für antiferromagnetische Hubbard-Cluster unter Einbeziehung von Anisotropien bestimmt und ihre Abhängigkeit von Cluster-Größe sowie von der elektronischen Struktur des Substrats untersucht werden.
Die Konkurrenz zwischen Quantenfluktuationen und Anisotropien in eindimensionalen Heisenberg- und Hubbard-Ketten bei Temperatur T=0 wird mit mittels Variation von Matrix-Produktzuständen untersucht. Es soll geklärt werden, ob Konzepte, die sich zur Beschreibung der magnetischen Eigenschaften von Nanoteilchen bei T>0 und im Hinblick auf thermische Fluktuationen als tragfähig erwiesen haben, auch bei T=0 und im Hinblick auf Quantenfluktuationen formuliert werden können.