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SFB 668:  Magnetismus vom Einzelatom zur Nanostruktur

Fachliche Zuordnung Physik
Chemie
Förderung Förderung von 2006 bis 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13002249
 
Erstellungsjahr 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In unserem SFB 668 "Magnetismus vom Einzelatom zur Nanostruktur" konzentrierten wir uns auf die Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der statischen Spinstruktur und des dynamischen magnetischen Verhaltens von Atomen, Molekülen, Clustern, Nanoteilchen, Nanodrähten und lateral strukturierten Nanosystemen in Kontakt mit Substratoberflächen. Dabei standen in erster Linie fundamentale Fragestellungen der Magnetismusforschung im Vordergrund des Interesses, die jedoch in nicht allzu ferner Zukunft bereits große Bedeutung für Anwendungen in magnetischen Sensoren, Speichersystemen und Logik-Bauelementen erlangen werden. Um magnetische Eigenschaften auf atomarer Skala untersuchen zu können, entwickelten wir zahlreiche neue experimentelle Methoden, wie beispielsweise die Einzelatom-Magnetometrie für Magnetisierungsmessungen an Einzelatomen und -molekülen auf Oberflächen sowie die magnetische Austausch-Rasterkraftmikroskopie zur Abbildung atomarer magnetischer Strukturen auf Oberflächen von elektrisch isolierenden Materialien. Ferner entwickelten wir zahlreiche experimentelle Methoden zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von einzelnen magnetischen Atomen und Nanostrukturen, wie beispielsweise die zeitaufgelöste spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie, die zeitaufgelöste Rasterelektronenmikroskopie mit Polarisationsanalyse sowie zeitaufgelöste Röntgenmikroskopiemethoden. Ergänzend zur Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur Untersuchung des Magnetismus auf atomarer und Nanometer-Skala wurden die theoretischen Methoden zur Behandlung atomarer magnetischer Systeme in Wechselwirkung mit Oberflächen vorangetrieben. Für komplexere magnetische Systeme erfolgte eine adäquate Modellierung und Behandlung mittels diverser Simulationsverfahren. Basierend auf der weltweit führenden Position unseres Sonderforschungsbereichs auf dem Gebiet der Untersuchung atomarer und nanoskaliger magnetischer Systeme konnten zahlreiche fundamentale Entdeckungen gemacht werden, wie beispielsweise chirale Spinspiralen sowie magnetische Skyrmionengitter und einzelne magnetische Skyrmionen in ultradünnen magnetischen Schichten, verursacht durch die Dzyaloshinskii-Moriya (DM)-Wechselwirkung an Grenzflächen. Damit haben wir das neue Gebiet der Skyrmionen-basierten Spintronik begründet, welches die Nutzbarmachung einzelner magnetischer Skyrmionen für magnetische Speicher- und Logikbauelemente zum Ziel hat. Ferner konnten wir mittels unseres neu entwickelten Verfahrens der Einzelatom-Magnetometrie erstmals magnetische Momente und magnetische Anisotropien von Atomen auf Oberflächen quantitativ bestimmen sowie die Distanz- und Richtungsabhängigkeit der indirekten magnetischen Austauschwechselwirkung sowie der DM- Wechselwirkung auf atomarer Skala ausmessen. Aus dieser Kenntnis heraus konnten wiederum erstmalig modellhafte Nanomagnete sowie spinbasierte Logikbauelemente, aufgebaut aus einzelnen magnetischen Atomen, konzipiert und schließlich experimentell realisiert werden, wodurch die ultimativen Grenzen der möglichen Miniaturisierung magnetischer Bauelemente aufgezeigt wurden. Gleichzeitig konnte erstmals die Dynamik atomarer magnetischer Systeme auf der intrinsischen Zeitskala beobachtet werden. Ein weiteres Highlight unserer Forschung im Rahmen dieses Sonderforschungsbereichs stellt die erstmalige Beobachtung der Spinstruktur einzelner Molekülorbitale dar sowie deren Beeinflussung durch die Wechselwirkung molekularer Systeme mit Oberflächen. Schließlich ist die erstmalige Beobachtung der atomaren Spinstruktur auf Oberflächen von Isolatoren durch die neue Methode der magnetischen Austausch- Rasterkraftmikroskopie hervorzuheben. Zusammenfassend betrachtet hat dieser Sonderforschungsbereich dazu beigetragen, dem international intensiv bearbeiteten Gebiet des Nanomagnetismus und der Spintronik neue Impulse zu verleihen sowie neue Forschungsrichtungen zu begründen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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