ERC Starting Grant für Richard Schlitz, PI Nr. 84/2026
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ERC Starting Grant für Richard Schlitz
Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert den Konstanzer Physiker Richard Schlitz mit einem Starting Grant in Höhe von knapp 1,5 Millionen Euro für sein Projekt: „Magnons and Antimagnons: Engineering Dissipation to Explore the Limits of Nonequilibrium Magnetism” (MERLIN).
Zahlreiche moderne Technologien, wie unter anderem Festplatten, nutzen die sogenannte Spintronik zur Optimierung von Arbeitsabläufen. Dabei wird der intrinsische Drehimpuls eines Elektrons (der sogenannte „Spin“) zur Speicherung, Bearbeitung und Übertragung von Daten genutzt. Während aktuelle Technologien noch auf einzelne Spins setzen, wird zukünftig vor allem die Nutzung von ganzen Spin-Wellen eine bedeutende Rolle spielen. Diese Spin-Anregungen entstehen aus der kollektiven Bewegung von hunderten Trilliarden Spins und werden als Magnonen bezeichnet. Der Physiker Richard Schlitz von der Universität Konstanz forscht mit eben diesen Magnonen. Sein Projekt „Magnons and Antimagnons: Engineering Dissipation to Explore the Limits of Nonequilibrium Magnetism”, kurz: MERLIN, wird nun vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem Starting Grant gefördert. Die Fördersumme beträgt knapp 1,5 Millionen Euro über eine Gesamtförderungsdauer von fünf Jahren, beginnend im Januar 2027.
Elektronen gezielt ausrichten
Die Nadel am Kompass zeigt immer nach Norden. Unbeirrbar. Egal, wie oft man sich im Kreis dreht, sie richtet sich stets streng am Magnetfeld der Erde aus und weist uns zuverlässig den Weg. Doch das Einschalten eines künstlichen magnetischen Feldes verwirrt sie und sie orientiert sich falsch. Wird das Feld wieder ausgeschaltet, kehrt die Nadel zurück in ihre ursprüngliche Position. Was beim Kompass funktioniert, kennen Physiker*innen auch bei Elektronen. Sie besitzen nicht nur eine vorgegebene Ladung, sondern durch ihren Spin auch ein magnetisches Moment, welches entweder nach oben oder unten weist. Ein vorhandenes Magnetfeld begünstigt eine dieser beiden Richtungen, ähnlich einer Kompassnadel, die durch das Erdmagnetfeld immer nach Norden ausgerichtet wird.
Zusammen mit seinem Team will Richard Schlitz im nun startenden Forschungsprojekt eine alternative Möglichkeit zur Kontrolle der Elektronenspins nutzbar machen. Dafür arbeitet er mit einem experimentellen Aufbau, bei dem sich auf einem Kristall eine sehr dünne Schicht eines magnetischen Isolators aus Yttriumeisengranat befindet. Auf diese Schicht wird ein weiterer, sehr dünner Film aus Platin aufgebracht. „Im Platin können wir die Elektronen gezielt nach ihrer Ausrichtung sortieren. Wenn ein Strom angelegt wird, wandern die ,Spin-hoch‘ ausgerichteten Elektronen an die Grenzfläche zum Yttriumeisengranat, während die zweite Sorte an die Oberfläche geht, wo ‚nichts‘ ist“, erklärt Schlitz. „Diese erzwungene Sortierung sorgt für ein Ungleichgewicht im System, welches uns erlaubt, die Relaxation der Elektronenspins im Yttriumeisengranat, also das Zurückkehren in den Ursprungszustand, zu beeinflussen.“
Der Physiker nutzt dafür die Wechselwirkung an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten, sodass sich im Extremfall die Magnetisierung „nach unten“ umdreht und damit entgegen dem angelegten Magnetfeld zeigt – ganz so, als würde die Kompassnadel spontan nach Süden statt nach Norden weisen. „Dieser neuartige Zustand ist besonders ungewöhnlich, da das System durch die Anregung in einer energetisch ungünstigen Konfiguration verbleibt, anstatt in die durch das Magnetfeld vorgegebene Gleichgewichtslage zurückzukehren“, verdeutlicht er.
Der Knopf muss noch gefunden werden
Was in diesem Moment nach einem einfachen Knopfdruck und vorhersagbaren Prozess klingt, ist in der Realität jedoch noch weitgehend unerforschtes Terrain. „Unser Ziel ist es, die Eigenschaften dieses neuartigen Zustands zu verstehen und exakt zu kontrollieren. Bislang wissen wir lediglich, dass es möglich ist, ihn zu erreichen – an den genauen Vorgang müssen wir uns nun Stück für Stück herantasten“, so Schlitz.
Mit diesem Verständnis geht ein großer Nutzen einher. Denn ähnlich wie die Kompassnadel wollen die Elektronenspins am liebsten wieder in ihre Ursprungsposition zurück, was aber durch die Anregung verhindert wird. Sie stehen also unter Spannung. „Das System versucht, Energie in Form von Magnonen freizusetzen, die wir uns perspektivisch durch die gezielte Manipulation und Kopplung an die Umgebung nutzbar machen können – ein Phänomen, das analog vor allem bei Lasern bereits mit großem technologischem Erfolg ausgenutzt wird“, sagt der Physiker.
Das Projekt MERLIN betreibt damit Grundlagenforschung, die später unter anderem für Kommunikationstechnologien oder auch für Quantencomputer eingesetzt werden könnte. So kann sie beispielsweise die Konstruktion von hochintegrierten Mikrowellenbauteilen für Mikrowellenfunktechnologie ermöglichen – mit dem Potential, deutlich energieeffizienter und damit ressourcenschonender als bisherige Technologien zu sein. „Im Moment noch Zukunftsmusik, aber ebenfalls sehr interessant ist die Nutzung, um Qubits in Quantencomputern miteinander in Verbindung zu setzen“, gibt Schlitz einen weiteren fernen Ausblick.
Über den ERC Starting Grant
Der ERC vergibt jährlich Starting Grants an junge, vielversprechende Persönlichkeiten aus der Forschung. Diese sollen so die Möglichkeit bekommen, ihre eigene Arbeitsgruppe auf- und auszubauen und Forschungsprojekte mit hohem Innovationspotenzial voranzutreiben.
Faktenübersicht:
- Richard Schlitz erhält einen ERC-Starting Grant in Höhe von bis zu 1,5 Millionen Euro.
- Das Projekt MERLIN startet im Januar 2027 und erforscht, wie sich Magnonen durch Wechselwirkung mit Elektronenspins im Nichtgleichgewicht gezielt beeinflussen und nutzbar machen lassen.
- Dr. Richard Schlitz ist Physiker an der Universität Konstanz und Mitglied der Arbeitsgruppe „Modern Material Science“ von Prof. Dr. Sebastian Gönnenwein.
Hinweis an die Redaktion:
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Richard Schlitz: LINK
Bildunterschrift: Der Konstanzer Physiker Richard Schlitz
Copyright: Gillian Kiliani
Kontakt: Universität Konstanz Kommunikation und Marketing Telefon: + 49 7531 88-3603 E-Mail: kum@uni-konstanz.de
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