Einführung in die Magnonik - Herstellung, Spektroskopie und Anwendungen von Nanomagneten
Introduction to Magnonics - Fabrication, Spectroscopy and Applications of Nanomagnets

Modul PH2174

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2174 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 75 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2174 ist Dirk Grundler.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

In this module we address the physics and applications of collective spin excitations in magnetic materials that are in the focus of the research field of magnonics. Here, one aims at tailoring spin waves (magnon) at the micro- and nanoscale to transmit and process information without moving charges. This research field has rapidly evolved in recent years fueled also by crossdisciplinary research addressing e.g. photonics and spintronics. It contributes to research on correlated electron systems and possible technological applications thereof. These are issues addressed in the Transregio/SFB TRR80 "From electronic correlations to functionality". In the lecture we will discuss the fabrication and characterization of magnetic devices supporting tailored spin-wave excitations, theoretical models to understand the phenomena and possible applications.   

Lernergebnisse

At the end of the lecture the student has obtained an overview of (i) well-established and recently discovered dynamic phenomena,in magnonics, (ii) state-of-the-art experimental techniques being relevant for exploring spin dynamics from macroscopic to microscopic length scales,  (iii) micromagnetic models, and (iv) fundamental aspects for the control of wave-like excitations in solids. The student will be able to discuss the different contributions to the free energy of magnetic structures entering the equation of motion of spins via effective fields, different classes of relevant magnetic materials, loss mechanisms for collective spin excitations in metallic and insulating ferro/ferrimagnets, basics of microwave technology, relevant frequency regimes, existing and future applications in magnonics.   

Voraussetzungen

Condensed Matter Physics I and II, or Solid state physics, Electrodynamics, Quantum mechanics I, Thermodynamics

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 4 Introduction to Magnonics - Fabrication, Spectroscopy and Applications of Nanomagnets Grundler, D. Mittwoch, 16:30–18:00
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

The lecture is combined with exercises in which students provide journal club contributions, address specific problems or follow lab visits, etc..

Medienformen

Lecture with presentations using One Note (handwritten notes) and powerpoint 

Literatur

Books:

A.G. Gurevich and G.A. Melkov, Magnetization Oscillations and Waves, CRC, 1996

D.D. Stancil and A. Prabhakar Spin waves. Theory and applications, Springer, 2009

S.O. Demokritov and A. Slavin (eds) Magnonics from fundamentals to applications Springer, 2013

B. Hillebrands and K. Ounadjela Spin Dynamics in Conned Magnetic Structures I, II, III Topics in Applied Physics vol 83 Springer Berlin Heidelberg

Articles:

M. Krawczyk and D. Grundler, Review and prospects of magnonic crystals and devices with reprogrammable band structure, J. Phys.: Cond. Matter 26, 123202 (2014)

V.V. Kruglyak, S.O. Demokritov, and D. Grundler, Magnonics, J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 264001 (2010)

B. Lenk, H. Ulrichs, F. Garbs, and M. Münzenberg, The building blocks of magnonics, Physics
Reports 507, 107 (2011)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.