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B10: Optimale Kontrolle der multiferroischen Quantendynamik in oxidischen Nanostrukturen

Ziel des Projektes ist die theoretische Beschreibung und Kontrolle der spin-abhängigen, Laser-getriebenen Elektronendynamik in nanostrukturierten oxidischen Systemen mit multiferroischen Eigenschaften. Zum einen wird eine Beschreibung der Dynamik auf der Basis von Modell-Hamilton-Operatoren erarbeitet, deren Parameter wir durch ab-initio-Rechnungen bestimmen; zum anderen wird eine direkte ab-initio-Beschreibung der Dynamik mit zeitabhängiger Dichtefunktionaltheorie angestrebt. Beide Zugänge werden mit Algorithmen der optimalen Kontroll-Theorie kombiniert, um den Tunnelstrom in multiferroischen Tunnelkontakten auf Femtosekundenzeitskala mit geeignet geformten Laserpulsen zu kontrollieren und je nach Spinkanal zu selektieren. Als Tunnelbarrieren sind insbesondere Lagen mit magnetoelektrischer Kopplung und spiraler Spinanordung, wie z.B. RMnO₃ mit R=Tb, Dy, Gd, and Eu_1−xY_x geeignet, um die gekoppelte Ladungs- und Spindynamik zu studieren und gezielt zu steuern. Wir werden weiterhin die optischen und Tansporteigenschaften des zweidimensionalen Elektronengases, das sich an der Grenzflächen von Oxiden bildet, studieren. Insbesondere ist die Laser-induzierte transiente Dynamik ein Gegenstand dieses Projektes.