Untersuchung der Propagation isolierter magnetischer Skyrmionen

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Büttner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288444881

Magnetische Skyrmionen sind bedeutende Hoffnungsträger für die Entwicklung neuartiger magnetischer Datenspeicher, die ohne bewegliche Elemente auskommen, hohe Speicherdichten erzielen, extrem schnelle Zugriffszeiten ermöglichen und dabei wenig Energie verbrauchen. Insbesondere magnetische Nanodrähte eignen sich für die Anwendung besonders gut. Zur Zeit gibt es nur wenige experimentelle Studien zur Bewegung von Skyrmionen, weshalb diese Bewegung nur unzureichend verstanden und schlecht kontrollierbar ist. Es ist daher Ziel dieses Projektes, die hochfrequente Bewegung magnetischer Skyrmionen in Nanodrähten mit elektrischen Transportmessungen sowie quasi-statischen und dynamischen Abbildungen zu untersuchen.Simulationen und theoretische Überlegungen zur Dynamik von Skyrmionen sagen faszinierende neue physikalische Effekte vorher. So soll sich die Masse der Skyrmionen mit der Anregungsfrequenz ändern. Außerdem soll es möglich sein, Skyrmionen trotz Pinning mit einer sehr kleinen äußeren Kraft im Material zu bewegen.Dieses Projekt verfolgt drei Ziele: (A) Untersuchung der materialspezifischen Wechselwirkung zwischen Spinströmen und der lokalen Magnetisierung in Systemen, in denen Skyrmionen vorkommen. (B) Entwicklung eines Materials, das stroboskopische Abbildungen von Skyrmionenbewegungen mit mehreren Milliarden Wiederholungen ermöglicht. Und (C) Untersuchung der Bewegungsgleichung der skyrmionischen Quasiteilchen und deren Relation zu den Eigenschaften des Materials und der Anregung. Eine Vielzahl von wissenschaftlichen Methoden wird dabei genutzt, um die genannten Ziele zu verfolgen, darunter magneto-elektrische Transportmessungen und lokale Magnetometrie sowie quasi-statische und dynamische magnetische Abbildungen. Ergänzend werden Simulationen durchgeführt.Elektrische Messungen eignen sich besonders gut für Probencharakterisierungen mit hohem Durchsatz. Auch kann die Masse der Skyrmionen aus ihrer Resonanzfrequenz berechnet werden. Darüber hinaus können aus solchen Messungen Schlussfolgerungen über die Wirkung von elektrischen Anregungen gezogen werden, was wiederum dafür genutzt werden kann, solche Anregungen effizient und effektiv einzusetzen. Abbildungsmessungen können bestätigen, dass es sich bei den untersuchten Strukturen tatsächlich um Skyrmionen handelt. Dynamische Abbildungen zeigen darüber hinaus die genaue zweidimensionale Trajektorie der Skyrmionen, woraus sich die Bewegungsgleichung der Skyrmionen bestimmen lässt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Geoffrey S. D. Beach