Elektrischer Strom ist der gerichtete Transport von Ladung. Ein Spinstrom beschreibt hingegen den gerichteten Transport von Spin-Drehimpuls. Elektronen können sowohl Ladung als auch Spin transportieren und die Spin-Bahn-Kopplung verknüpft die Spin-Ausrichtung des Elektrons mit seiner Trajektorie. In Systemen mit gebrochener Inversionssymmetrie ermöglicht die Spin-Bahn-Kopplung damit eine direkte elektrische Kontrolle der Spin- beziehungsweise Magnetisierungsrichtung.

Wir nutzen solche Spinströme und Spin-Bahn-Kopplungseffekte nicht nur mit gerichteten Strömen, sondern auch bei Frequenzen bis in den hohen GHz-Frequenzbereich [1-2]. Geeignete DC-Spinstrom-Injektion ermöglicht dabei dissipationslosen Magnon-Transport [3]. Die Interkonversion hochfrequenter Spin- und Landungsströme konnte durch unsere Experimente erstmals phasenrichtig [2] nachgewiesen werden. Mittels eines in Kollaboration mit dem National Institute of Standards and Technology entwickelten experimentellen Verfahrens können wir die Wechselwirkung von Magnetisierungsdynamik und Spinströmen in dünnen Schichten quantitativ und ohne elektrische Kontakte untersuchen [4-5]. 

Wir sind ganz besonders daran interessiert, ein umfassendes Verständnis der Symmetrien und Stärken von Spin-Bahn-Drehmomenten in hybriden Systemen zu erlangen. Wir untersuchen dabei unter anderem Dünnschichtsysteme mit ferromagnetischen, antiferromagnetischen und supraleitenden Schichten als mögliche Technologieplattformen für die Spintronik und Magnonik.

[1]  M. Weiler, M. Althammer, M. Schreier, J. Lotze, M. Pernpeintner, S. Meyer, H. Huebl, R. Gross, A. Kamra, J. Xiao, Y.-T. Chen, H. Jiao, G. E. W. Bauer, and S. T. B. Goennenwein, Experimental Test of the Spin Mixing Interface Conductivity Concept, Phys. Rev. Lett. 111, 176601 (2013).

[2]  M. Weiler, J. M. Shaw, H. T. Nembach, and T. J. Silva, Phase-Sensitive Detection of Spin Pumping via the ac Inverse Spin Hall Effect, Phys. Rev. Lett. 113, 157204 (2014).

[3]  T. Wimmer, M. Althammer, L. Liensberger, N. Vlietstra, S. Geprägs, M. Weiler, R. Gross, and H. Huebl, Spin Transport in a Magnetic Insulator with Zero Effective Damping, Phys. Rev. Lett. 123, 257201 (2019).

[4]  A. J. Berger, E. R. J. Edwards, H. T. Nembach, A. D. Karenowska, M. Weiler, and T. J. Silva, Inductive detection of fieldlike and dampinglike ac inverse spin-orbit torques in ferromagnet/normal-metal bilayers, Phys. Rev. B 97, 094407 (2018).

[5]  M. Meinert, B. Gliniors, O. Gueckstock, T. S. Seifert, L. Liensberger, M. Weiler, S. Wimmer, H. Ebert, and T. Kampfrath, High-Throughput Techniques for Measuring the Spin Hall Effect, Phys. Rev. Applied 14, 064011 (2020).