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Projekt
iAFMskyrmionen- Intrinsische antiferromagnetische Skyrmionen aus ersten Prinzipien: Von der Stabilisierung, der Interaktion mit Defekten bis zum effizienten Nachweis
Antragsteller
Professor Dr. Samir Lounis
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462676712
Ferromagnetische (FM) Skyrmionen wurden in einer Vielzahl von Materialien entdeckt. Ihre Verwendung als zukünftige Bits für die Informationstechnologie wird durch ihre komplexe Wechselwirkung mit Defekten, das Vorkommen von Streufeldern, die ihre Miniaturisierung einschränken, und die Schwierigkeit, ihre Trajektorie aufgrund des Skyrmion-Hall-Effekts zu kontrollieren, behindert. Es wird erwartet, dass diese Probleme bei antiferromagnetischen (AFM) Skyrmionen, welche mehrere Vorteile bieten, obwohl sie nicht einfach zu detektieren sind, behoben werden. Bisher wurden diese in synthetischen AFM-Strukturen stabilisiert, d.h. in Multischichten, die FM-Skyrmionen beinhalten, welche durch einen nichtmagnetischen Abstandshalter antiferromagnetisch koppeln. In diesem Antrag zielen wir auf die First-Principles-Vorhersage von intrinsischen AFM-Skyrmionen ab, die in dünnen Filmen entstehen. Unsere Vorarbeiten zeigen bereits die Möglichkeit, Sub-10 nm-AFM-Skyrmionen und andere topologische Spintexturen mit der richtigen Elementauswahl zu stabilisieren. Ausgehend von der Dichtefunktionaltheorie (DFT), der zeitabhängigen DFT und Konzepten der Mehrfachstreuung planen wir systematische First-Principles-Untersuchungen verschiedener Materialkombinationen und untersuchen verschiedene Regler, die komplexe topologische AFM-Spin-Texturen hervorrufen: (i) Quanten- und thermische Fluktuationen, von denen wir erwarten, dass sie in Antiferromagneten wichtig sind; (ii) chirale Multi-Spin-Wechselwirkungen höherer Ordnung, die wir kürzlich entdeckt haben; (iii) Detektionsprotokolle basierend auf chiralem Orbitalmagnetismus, Spin-Mischungs-Magnetowiderstand und neuen Mechanismen, die auf Multi-Site-Multi-Spin-Wechselwirkungen beruhen; (iv) systematische Katalogisierung von AFM-Skymion-Defekt-Wechselwirkungen und den zugrunde liegenden elektronischen Mechanismen. Mit dem Ziel, universelle Muster zu identifizieren, vermuten wir, dass Defekt-Engineering (kontrollierte Platzierung ausgewählter Defekttypen) für eine effiziente Detektion, Charakterisierung und Manipulation von AFM-Skyrmionen nützlich ist. Wir planen Kollaborationen mit der Würzburger Gruppe (Bode) mit dem Ziel, AFM-Skyrmionen mit RTM-Messungen zu untersuchen, mit dem MPI-Halle (Parkin) zu verschiedenen Aspekten von Skyrmionen und Antiskyrmionen, mit der TUM (Back) zur Dynamik von Skyrmionen und mit den Konstanz/Mainz-Gruppen (Nowak/Levente/Kläui) zur First-Principles-Beschreibung von AFM-Spin-Texturen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Island
Mitverantwortlich(e)
Imara Lima Fernandes, Ph.D.
Kooperationspartner
Professor Dr. Pavel Bessarab
