Nicht-koplanare Magnet-Supraleiter-Hybridsysteme

• Antragstellerin: Dr. Kirsten von Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552644472

Magnet-Supraleiter-Hybridsysteme (MSH) sind vielversprechende Kandidaten für neuartige Phänomene, und es wurden intensive experimentelle Anstrengungen unternommen, um null- oder eindimensionale magnetische Strukturen auf den Oberflächen von Supraleitern zu untersuchen. Im Gegensatz dazu gibt es nur wenige experimentelle Studien zu MSH-Systemen, die aus zweidimensionalen magnetischen Filmen bestehen, obwohl zahlreiche theoretische Untersuchungen durchgeführt wurden. Insbesondere wurde vorgeschlagen, dass nicht-koplanare magnetische Ordnung in zweidimensionalen MSH-Systemen topologische Supraleitung, Majorana Zustände oder chirale Randzustände induziert. Eine nicht-koplanare magnetische Ordnung in dünnen Filmen kann durch die Konkurrenz verschiedener Wechselwirkungen entstehen, insbesondere durch frustrierten Austausch, Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkungen oder Wechselwirkungen höherer Ordnung. Einer der bekanntesten nicht-koplanaren magnetischen Zustände, das Skyrmion, wird häufig durch angelegte Magnetfelder induziert, die jedoch die Supraleitung unterdrücken. Wir haben verschiedene experimentelle Ansätze zur Herstellung modellhafter nicht-koplanarer MSH-Systeme identifiziert. Es müssen verschiedene Randbedingungen berücksichtigt werden, etwa der Ursprung der nicht-koplanaren Spintextur in Bezug auf die Symmetrie der Probe, und ihre Stabilität unterhalb des kritischen Magnetfelds des Supraleiters. Wir werden spin-polarisierte Rastertunnelmikroskopie bei niedrigen Temperaturen verwenden, um die magnetische Ordnung der MSH-Systeme zu charakterisieren. Diese experimentelle Methode eignet sich besonders zur Untersuchung magnetischer Zustände auf atomarer Ebene, da sie Spinsensitivität mit atomarer Auflösung verbindet. Gleichzeitig werden mithilfe der Tunnelspektroskopie die supraleitenden Eigenschaften untersucht, insbesondere die Zustände innerhalb der Energielücke, die sich aus dem Zusammenspiel der lokalen magnetischen Ordnung und der supraleitenden Phase ergeben. Darüber hinaus kann die Spitze verwendet werden, um den magnetischen Zustand lokal mit vertikalen Strömen oder elektrischen Feldern zu modifizieren und so eine Entflechtung struktureller, elektronischer und magnetischer Effekte zu erzielen. Die Herstellung nicht-koplanarer MSH-Modellsysteme und deren systematische Untersuchung hinsichtlich des Zusammenspiels von Spintextur und Supraleitung werden ein grundlegendes Verständnis der entstehenden Phänomene ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen