Multiskalen Ansatz zur Untersuchung der Erzeugung, des Pinnings und der Wechselwirkung von Skirmionen an Übergangsmetallgrenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Bertrand Dupé
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267457786

In diesem Projekt studieren wir die Erzeugung, Vernichtung und Wechselwirkung von einzelnen magnetischen Skyrmionen an Übergangsmetallgrenzflächen sowie deren Haften (engl. pinning) an atomaren Defekten basierend auf einem Multiskalen-Ansatz. Skyrmionen in magnetischen Materialien bieten attraktive Perspektiven in der Spinelektronik, da sie lokalisierte, topologisch stabilisierte Spinstrukturen darstellen und mittels elektrischen Stromdichten manipuliert werden können, die um mehrere Größenordnungen geringer sind als für die Bewegung von Domänenwanden nötig sind. Ein Ziel ist es, den Schreib- und Löschprozess von Skyrmionen in dem ultra-dünnen Filmsystem Pd/Fe/Ir(111) zu verstehen, der kürzlich mittels spin-polarisierter Rastertunnelmikroskopie demonstriert worden ist. Weiterhin wollen wir untersuchen, inwiefern atomare Defekte in oder auf der Pd-Lage eine Rolle für den Schreibprozess mittels spin-polarisierter Tunnelströme spielen und wie Skyrmionen an solchen Defekten gepinnt werden können. Eine weitere betrachtete Systemklasse sind Grenzflächen oder Multilagensysteme aus Übergangsmetallen, die sich für Transportmessungen eignen und mittels kleineren Magnetfeldern manipuliert werden können. Außerdem sind sie interessant für mögliche Anwendungen und werden von unseren experimentellen Kollaborationspartnern untersucht. Mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) werden wir Grenzflächen bestimmen, die Skyrmionen aufweisen können. Der Einfluss von atomaren Defekten auf die Formation von Skyrmionen sowie das Pinning werden wir auch in solchen Systemen untersuchen. Wir verwenden einen Multiskalen-Ansatz, um diese Fragen zu beantworten. Ausgangspunkt ist die DFT, die es uns erlaubt, die Stärke der Austauschwechselwirkung, der Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung sowie der magneto-kristallinen Anisotropie zu bestimmen. Das derart parametrisierte Heisenberg-Modell werden wir numerisch mittels Monte-Carlo- und Spindynamik-Simulationen studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Stefan Heinze
• Kooperationspartner: Vincent Cros, Ph.D.