Wie Klarheit, Haltung und strategisches Denken Forschungswege und Lehre verändern.

Die Berufung auf eine Professur ist mehr als ein Karriereschritt – sie markiert einen Wendepunkt. Mit dem Ruf beginnt eine Phase, in der wissenschaftliche Exzellenz, Führungskompetenz und strategische Positionierung in besonderer Weise zusammenwirken.

In dieser sensiblen Ãœbergangszeit begleiten wir – Martina Grünewald-Ernst, Coachin mit psychotherapeutischer und neurowissenschaftlicher Ausbildung, und Prof. Dr. Burkard Hillebrands, Physiker und Lehrstuhlinhaber – Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Postdoc- und Bewerbungsphase und nach dem ersten Ruf. 

Was wir dabei konkret tun, erläutern wir in einem Podcast

Dies ist eine Initiative im Rahmen des Landesforschungsschwerpunktes OPTIMAS der º£½ÇÖ±²¥ Kaiserslautern-Landau.

Kontakt: 

-    Geschäftsstelle Spin+X, º£½ÇÖ±²¥ Kaiserslautern-Landau, Telefon: +49 (0)631 205 3576, E-Mail: spin_gf(at)uni-kl.de 

-    LeaCo Lab, Martina Grünewald-Ernst, Eichenstraße 12, 42659 Solingen, Telefon: +49 (0) 212 / 52085310, E-Mail: info(at)leaco-lab.de

Der Mid-Career Award zählt zu den wichtigsten Ehrungen der IEEE Magnetics Society und unterstreicht die internationale Anerkennung von Chumaks Forschungsleistungen in der mittleren Karrierephase.

Für die Magnetismus-Community in Kaiserslautern markiert die Auszeichnung einen besonderen Meilenstein: Zusammen mit dem Achievement Award für Burkard Hillebrands (2023) und dem Early-Career Award für Qi Wang (2024) vervollständigt Chumaks Preis nun den „Royal Flush“ der IEEE Awards. Alle drei zentralen Karrierephasen – Early, Mid und Senior – wurden damit innerhalb desselben wissenschaftlichen Umfelds geehrt, was die Kontinuität und Exzellenz der lokalen Magnetismus-Forschung eindrucksvoll demonstriert.

Mit dieser Kombination aus international anerkannten Auszeichnungen und innovativer Forschung im Spin+X-Kontext zeigt die Kaiserslauterer Magnetismus-Gruppe, dass Spitzenforschung über alle Karrierestufen hinweg möglich ist.

Akustische Oberflächenwellen (englisch: Surface Acoustic Waves, SAWs) sind allgegenwärtig. Sie entfalten zerstörerische Kraft in Form von Erdbebenwellen und verrichten gleichzeitig gänzlich unbemerkt, aber milliardenfach eingesetzt, ihren Dienst in der Form miniaturisierter Frequenzfilter im Gigahertz-Frequenzbereich in Smartphones. 

Das Forschungsteam der º£½ÇÖ±²¥ um Professor Mathias Weiler arbeitet daran, neuartige Anwendungsfelder für solche miniaturisierten schallbasierten Mikrowellenkomponenten zu eröffnen. Entscheidend dabei ist die Vernetzung der etablierten SAW-Technologie mit Spinphänomenen. „Schallwellen können sich nicht nur in Luft, sondern auch in Materie ausbreiten. Dabei oszillieren die Gitteratome des Materials“ erklärt der Physiker. Da die Elektronen der Gitteratome einen quantenmechanischen Drehimpuls, den Spin, besitzen, kann auch dieser zur Oszillation angeregt werden. Die Schallwellen erzeugen dann Spinwellen in magnetisch geordneten Materialien.

Schallwellen und Spinwellen, die koexistieren

Das Forschungsteam hat solche kollektiven akustischen Anregungen von Spins im ferrimagnetischen Isolator Yttrium-Eisen-Granat (YIG) untersucht. YIG weist eine äußerst lange Lebensdauer von Spinwellen auf, und ist daher ein ideales Untersuchungsobjekt. Die nun veröffentlichte Arbeit zeigt, dass sich in einem nanostrukturierten akustischen Oberflächenwellenresonator hybride Anregungen – sogenannte Magnon-Polaronen – bilden lassen.  â€žWir haben beobachtet, dass die quantenmechanische Kopplung von Spin und Schall dazu führen kann, dass sich eine neuartige chimäre Welle bildet, die weder Schallwelle noch Spinwelle ist. Spin und Schall lassen sich in dieser Anregung nicht mehr trennen, sondern koexistieren.“, führt Kevin Künstle, Erstautor der Studie, aus.

Akustische Filter und ferrimagnetische Isolatoren vereint

Insbesondere ist es den Forschern gelungen zu zeigen, dass diese chimäre Welle zeitlich periodisch zwischen Schall- und Spinzustand oszilliert. Die charakteristische Ãœbergangsfrequenz dieser Oszillation – die sogenannte Rabi-Frequenz – ist dabei deutlich größer als alle Verlustraten im System. Das ist der eindeutige Beweis dafür, dass sich das System im Regime der starken Kopplung befindet. 

Zur Erklärung dieser Phänomene konnte gemeinsam mit Kollegen der º£½ÇÖ±²¥-Arbeitsgruppe um Professor Akashdeep Kamra ein theoretisches Modell entwickelt werden, welches die beobachtete Kopplungsstärke quantitativ vorhersagen kann. 

Das quantitative Verständnis der Kopplungsphänomene sowie die ebenfalls in der Arbeit gezeigte Kontrolle über die Stärke der Spin-Schall-Kopplung eröffnet neue Perspektiven für die technologische Nutzung hybrider Zustände aus Schall- und Spinwellen. „Unsere hybride Spin-Schall Anregungen vereinen zwei Säulen der Mikrowellentechnologie: akustische Filter und ferrimagnetische Isolatoren“, ergänzt Professor Weiler. „In Zukunft könnten solche Systeme genutzt werden, um die Funktionalität miniaturisierter Mikrowellenbauteile zu erweitern. Es ließen sich etwa agile Frequenzfilter realisieren, die sich im Betrieb verstellen lassen. Dies eröffnet neue Konzepte für die Implementierung von 6G-Kommunikationsnetzen, dem Mobilfunkstandard der Zukunft.“

Die vorliegende Forschungsarbeit wird vom Europäischen Forschungsrat durch den ERC Consolidator Grant „MAWiCS – magnetoacoustic waves in complex spin systems“ sowie durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches „Spin+X“ gefördert.

Die aktuelle Studie:

K. Künstle, Y. Kunz, T. Moussa, K. Lasinger, K. Yamamoto, P. Pirro, J. F. Gregg, A. Kamra, and M. Weiler, Magnon-polaron control in a surface magnetoacoustic wave resonator, Nat Commun 16, 10116 (2025).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Kevin Künstle
T: 0631 205-4616
E:

Prof. Dr. Mathias Weiler
T: 0631 205-4099
E: