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Projekt
Antiferromagnetische Skyrmionen in ultradünnen Oxidfilmen
Antragstellerin
Dr. Kirsten von Bergmann
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402843438
Antiferromagnetische Skyrmionen sind vielversprechende Kandidaten für zukünftige Spintronik-Anwendungen, da sie die günstigen Eigenschaften von Antiferromagneten, beispielsweise ein verschwindendes Streufeld und schnelle Dynamik, mit den einzigartigen Eigenschaften von teilchen-artigen Skyrmionen verbinden. Viele unterschiedliche Materialien zeigen antiferromagnetische Austauschkopplung und können daher potentiell antiferromagnetische Skyrmionen beherbergen. Einige theoretische Studien haben hervorgehoben, dass sich solche antiferromagnetischen Skyrmionen exakt entlang der Richtung eines lateralen Stroms bewegen sollten, im Unterschied zu den üblichen (ferromagnetischen) Skyrmionen, die abgelenkt werden. Während kürzlich von Skyrmionen in synthetischen Antiferromagneten, also antiparallel gekoppelten ferromagnetischen Lagen, sowie von Skyrmionen in Ferrimagneten berichtet wurde, gibt es bislang keinen experimentellen Nachweis von einzelnen Skyrmionen in antiferromagnetischen Materialen. Einzelne antiferromagnetische Skyrmionen sind immer metastabile Objekte. Um solche verdrehten Spintexturen in Antiferromagneten zu stabilisieren, wird ein begünstigendes Wechselspiel der relevanten magnetischen Wechselwirkungen benötigt. Im Gegensatz zu ferromagnetischen Skyrmionen können die antiferromagnetischen Gegenstücke nicht durch ein externes Magnetfeld induziert werden, daher muss eine lokale Manipulation zwischen einem antiferromagnetischen Zustand und dem metastabilen antiferromagnetischen Skyrmion erfolgen.Wir haben die Materialklasse ultra-dünner Oxidfilme als vielversprechend sowohl für die Stabilisierung, als auch für die Manipulation von antiferromagnetischen Skyrmionen identifiziert. Abhängig von den Präparationsparametern können verschiedene Mengen Sauerstoff in die Oberflächenlage eines magnetischen Films eingebaut werden, was ein Maßschneidern der magnetischen Eigenschaften erlaubt, um günstige Bedingungen für die Stabilisierung antiferromagnetischer Skyrmionen zu erhalten. Viele ultra-dünne magnetische Oxidfilme sind polar, und können daher die Auswirkung von lokalen elektrischen Feldern auf die Spintextur intrinsisch verstärken, was eine lokale Manipulation des magnetischen Zustands ermöglicht.Wir werden spin-polarisierte Rastertunnelmikroskopie bei tiefen Temperaturen verwenden, um die magnetische Ordnung in ultra-dünnen oxidischen Modellsystemen zu untersuchen. Diese experimentelle Methode ist besonders geeignet atomar-skalige magnetische Strukturen zu charakterisieren, da sie Spinsensitivität mit atomarer Auflösung verbindet. Darüber hinaus wird die Sondenspitze dazu benutzt werden, lokal teilchen-artige antiferromagnetische Skyrmionen mit vertikalen Strömen oder elektrischen Feldern zu schreiben und zu löschen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
