Prof. Ellen Fogh trat im März 2025 dem Department Physik der School of Natural Sciences der TUM bei. Sie kommt von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Schweiz), wo sie als Postdoktorandin im Labor für Quantenmagnetismus tätig war.
Prof. Fogh arbeitet im Bereich der experimentellen Festkörperphysik auf dem Schwerpunkt Magnetismus. Mit ihrer wissenschaftlichen Expertiste in der Anwendung von Neutronenstreuexperimenten in Kombination mit Magnetfeldern und Drücken untersucht sie, wie magnetische Momente (Spins) in einem Material miteinander interagieren. Je mehr wir über das kollektive Verhalten solcher Systeme wissen, desto besser sind wir in der Lage, Herausforderungen in der Quantentechnologie besser zu verstehen und potenzielle Anwendungen, z.b. in Geräten mit niedrigem Energieverbrauch, Sensoren und Datenspeicherung, zu finden.
In zwei kürzlich veröffentlichten Artikeln in den Fachzeitschriften Review of Scientific Instruments und Physical Review Letters verwendeten Fogh und ihre Mitautoren hohen Druck in äußerst anspruchsvollen Neutronenstreuexperimenten am Berliner Experimentalreaktor (BER-II) des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie sowie am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble. In Berlin entwickelten sie eine spezielle Druckzelle, die in Kombination mit einem horizontalen Hochfeldmagneten eingesetzt wurde, um die Reaktion der Materialien bei diesen Extrembedingungen zu untersuchen. Das innovative Design gewährleistet eine gleichmäßige und minimale Neutronenabsorption durch gezielte Materialwahl und eine optimierte Form.
In Grenoble verwendeten sie eine bereits vorhandene Druckzelle, um Spinanregungen des Quantenmagneten SrCu2(BO3)2 erstmals in seiner Hochdruck-Antiferromagnetphase zu untersuchen. Die Herausforderung bestand darin, dass die Proben sehr klein waren, was zu schwachen Signalen führte. Eine strategische Datenerhebung und Optimierung der Instrumente lieferten dann erste interessante Ergebnisse. Die Modellierung der Daten zeigte, dass die Interaktionen außerhalb der Ebene eine bedeutendere Rolle spielen als ursprünglich erwartet. Dieses Ergebnis hat Auswirkungen auf die damit verbundenen Vorhersagen anderer Phasen und kritischer Punkte. SrCu2(BO3)2 ist ein bedeutendes Material im Bereich der Quantenphysik von Vielteilchensystemen, da es die physikalische Realisierung eines Modells darstellt, das exakt gelöst werden kann. Die Fähigkeit, das Modell in der realen Welt zu testen, ermöglicht es Theoretikern, ihre Werkzeuge zu verfeinern, weiterzuentwickeln und ein besseres Verständnis für quantenmechanische Phänomene zu erlangen.
Die Expertise, die erforderlich ist, um solche Neutronenstreuexperimente unter extremen Bedingungen am BER-II und ILL durchzuführen, wird nun in Foghs zukünftigen Forschungstätigkeiten an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) am Forschungszentrum in Garching zum Einsatz kommen.
Publikationen
- Ellen Fogh, Gaétan Giriat, Richard Gaal, Luc Testa, Jana Pásztorová, Henrik M. Rønnow, Oleksandr Prokhnenko, Maciej Bartkowiak, Ekaterina Pomjakushina, Yoshiya Uwatoko, Hiroyuki Nojiri, Koji Munakata and Kazuhisa Kakurai, Bullet pressure-cell design for neutron scattering experiments with horizontal magnetic fields and dilution temperatures, Review of Scientific Instruments, 96, 043902 (2025). doi: doi.org/10.1063/5.0250156
- Ellen Fogh, Gaétan Giriat, et al. Spin Waves and Three Dimensionality in the High-Pressure Antiferromagnetic Phase of SrCu2(BO3)2, Physical Review Letters, 133, 246702 (2024). doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.246702
Weitere Informationen und Links
- TUM-weites Forschungsziel Quantentechnologien https://www.tum.de/forschung/forschungsziele/digitalisierung-ki-und-quantentechnologien/quantentechnologien
- Forschungsschwerpunkt “Quantum Science & Technologies” der TUM School of Natural Sciences https://www.nat.tum.de/nat/forschung/forschungsschwerpunkte/quantum-science-technologies/
- Weitere Informationen über Prof. Foghs Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin: “Neutronenexperiment am BER II enthüllt neue Spinzustände in Quantenmaterialien” https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=26386&sprache=de
Wissenschaftlicher Kontakt
Prof. Ellen Fogh
Technische Universität München
TUM School of Natural Sciences
Professorin für Quantum Magnetism
ellen.fogh@tum.de
https://www.ph.nat.tum.de/en/ph/about/profs/ellen-fogh/
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