Computersimulation der Dynamik Magnetischer Skyrmionen und deren Anwendungen

FB08: Institut für Physik, Prof. Dr. Peter Virnau

Poster Dissertationsvorhaben

Wissenschaftlicher Werdegang
Seit 04/2021Doktorand in Physik an der JGU Mainz
Doktorarbeit über die Computersimulation der Dynamik magnetischer Skyrmionen und deren Anwendungen bei Prof. Dr. Virnau
09/2023 – 11/2023Visiting Researcher at Massachusetts Institute of Technology, Laboratory for Nanomagnetism and Spin Dynamics, Group of Prof. Dr. Beach
04/2019 – 03/2021Master of Science in Physik mit Auszeichnung an der JGU Mainz
Masterarbeit: “Development and Computer Simulation Study of Token-Based Computing Methods Exploiting Thermal and Artificially Induced Diffusion of Magnetic Skyrmions” bei Prof. Dr. Virnau und Prof. Dr. Kläui
03/2016 – 03/2019Bachelor of Science in Physik mit Auszeichnung an der JGU Mainz
Bachelorarbeit: “Erstellung dreidimensionaler Chromatinstrukturen mit Hilfe von Vergröberten Polymermodellen” bei Prof. Dr. Virnau und Prof. Dr. Schmid
08/2008 – 03/2016Abitur als Jahrgangsbester am Eleonoren-Gymnasium, Worms
Begabtenförderungsprogramm: BeGyS, Leistungskurse: Physik, Mathematik, Englisch
Auszeichnungen und Förderungen
Seit 02/2023Juniormitglied des Gutenberg Akademy Fellows Program
Seit 01/2023Sprecher des Graduiertenkollegs des Sonderforschungsbereichs Multiskalensimulation TRR146
Seit 07/2022Promotionsstipendium der Studienstiftung des Deutschen Volkes
04/2018 – 03/2021Mitglied des Studienprogramms Q+ der JGU Mainz seit dessen Pilotphase
03/2016Abiturpreise der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Deutschen Mathematiker-Vereinigung (DMV), sowie Preise für das beste Abitur in Physik und im Allgemeinen.
Publikationen
M.A. Brems, T. Sparmann, S.M. Fröhlich, L.-C. Dany, J. Rothörl, F. Kammerbauer, E.M. Jefremovas, O. Farago, M. Kläui, P. Virnau, “Realizing quantitative quasi-particle modeling of skyrmion dynamics in arbitrary potentials”, Physical Review Letters, in press (2024).
K. Raab, M. Schmitt, M.A. Brems, J. Rothörl, F. Kammerbauer, S. Krishnia, M. Kläui, and P. Virnau, “Skyrmion flow in periodically modulated channels“, Physcal Review E 110, L042601 (2024).
G. Beneke, T.B. Winkler, K. Raab, M.A. Brems, F. Kammerbauer, P. Gerhards, K. Knobloch, S. Krishnia, J. Mentink, M. Kläui, “Gesture recognition with Brownian reservoir computing using geometrically confined skyrmion dynamics”, Nature Communications 15, 8103 (2024).
T.B. Winkler, J. Rothörl, M.A. Brems, G. Beneke, H. Fangohr, M. Kläui, “Coarse-graining collective skyrmion dynamics in confined geometries”, Applied Physics Letters 124, 022403 (2024).
J. Rothörl, M.A. Brems, T.J. Stevens, P. Virnau, “Reconstructing diploid 3D chromatin structures from single cell Hi-C data with a polymer-based approach”, Frontiers in Bioinformatics 3, 1284484 (2023).
O. Lee, R. Msiska, M.A. Brems, M. Kläui, H. Kurebayashi, K. Everschor-Sitte, “Perspective on unconventional computing using magnetic skyrmions”, Applied Physics Letters 122, 260501 (2023).
R. Gruber, M.A. Brems, J. Rothörl, T. Sparmann, M. Schmitt, I. Kononenko, F. Kammerbauer, M.-A. Syskaki, O. Farago, P. Virnau, M. Kläui, „300 Times Increased Diffusive Skyrmion Dynamics and Effective Pinning Reduction by Periodic Field Excitation”, Advanced Materials 35, 2208922 (2023).
M.A. Brems, K. Raab, P. Virnau, M. Kläui, “Brownscher Reservoir‐Computer mit Skyrmionen“, Physik in unserer Zeit 54, 60-61 (2023).
Y. Ge, J. Rothörl, M.A. Brems, N. Kerber, R. Gruber, T. Dohi, M. Kläui, P. Virnau, „Constructing coarse-grained skyrmion-skyrmion and skyrmion-magnetic material boundary interaction potentials from experiment“, Communications Physics 6, 30 (2023).
K. Raab, M.A. Brems, G. Beneke, T. Dohi, J. Rothörl, F. Kammerbauer, J.H. Mentik, M. Kläui, “Brownian reservoir computing realized using geometrically confined skyrmion dynamics”, Nature Communications 13, 6982 (2022).
M.A. Brems, M. Kläui, P. Virnau, Europäische Patenteinreichung, ”Information Processing Apparatus”, International Patent disclosure, WO2022200504A1 (2022).
M.A. Brems, R. Runkel, T.O. Yeates, P. Virnau, „AlphaFold predicts the most complex protein knot and composite protein knots”, Protein Science 31, (8):e4380 (2022).
R. Gruber, J. Zázvorka, M.A. Brems, D. R. Rodrigues, T. Dohi, N. Kerber, B. Seng, M. Vafaee, K. Everschor-Sitte, P. Virnau, M. Kläui, „Skyrmion pinning energetics in thin film
systems”, Nature Communications 13, 3144 (2022).
M.A. Brems, M. Kläui, P. Virnau, „Circuits and excitations to enable Brownian token-based computing with skyrmions”, Applied Physics Letters 119, 132405 (2021).
C. Song, N. Kerber, J. Rothörl, Y. Ge, K. Raab, B. Seng, M.A. Brems, F. Dittrich, R. M. Reeve, J. Wang, Q. Liu, P. Virnau, M. Kläui, „Commensurability between Element Symmetry and the Number of Skyrmions Governing Skyrmion Diffusion in Confined Geometries”, Advanced Functional Materials 31, 2010739 (2021).
S. Wettermann, M.A. Brems, J.T. Siebert, G.T. Vu, T.J. Stevens, P. Virnau, „A minimal Gō-model for rebuilding whole genome structures from haploid single-cell Hi-C data”, Computational Materials Science 173, 109178 (2020).
Konferenzbeiträge
07/2024Vortrag bei der International Conference on Magnetism (ICM)
09/2022Vortrag bei der IEEE Around-the-Clock Around-The-Globe Magnetismus-Konferenz.
09/2022Vortrag und Poster bei der TOPO Konferenz über topologische Strukturen.
09/2022 & 09/2021Vorträge bei den jährlichen Konferenzen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)
01/2022Vortrag bei der MMM/Intermag Konferenz der IEEE Magnetismus Gesellschaft
03/2021Vortrag beim MagIC+ Magnetismus-Workshop
Forschungsinteresse und -projekte
Statistische Physik und ihre interdisziplinären Anwendungen; Vorhersagekräftige Modellierung und Computer Simulation; Computerarchitektur und unkonventionelles Computing; Spintronics und Topological Excitations; Biophysik, insbesondere 3D-Strukturen von Biomolekülen