Ferroelektrische and nichtkollineare magnetische Phasen in Defektspinellen

• Antragsteller: Dr. Peter Milde
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310433647

Magnetische Skyrmionen sind Teilchen-artige Nanometer-große Spin Texturen, welche eine neue, faszinierende Spielart magnetischer Ordnungsphänomene in Festkörper-Materialien darstellen. Aufgrund ihres großen Potenzials für magnetische Datenspeicher,als auch wegen ihres Reizes aus Sicht der Grundlagenwissenschaft, hat die Untersuchung von Skyrmionen in den letzten Jahren zu äußerst regen Forschungsaktivitäten geführt.Im Rahmen dieser Forschungen, wurden Gitter aus Skyrmionen in verschiedenen magnetischen Kristallen, hauptsächlich in metallischen Festkörpern, beobachtet. Neueste Ergebnisse haben das Auftreten eines sog. Néel-artigen Skyrmionengitters in einem Material aus der Klasse der Defektspinelle gezeigt. Interessanterweise fand man Hinweise darauf, dass die magnetischen Skyrmionen eine elektrische Polarisation induzieren. Dies legt die Hoffnung nahe, dass eine elektrische Manipulation der Skyrmionen möglich ist. Daher beabsichtigen wir im vorliegenden Projekt diese neuartigen magneto-elektrischen Kopplungsphänomene im Defektspinell GaV4S8, als auch in verwandten Verbindungen, mit Hilfe verschiedener Rastersondenmethoden mikroskopisch zu untersuchen (darunter die magnetische Rasterkraftmikroskopie (MFM), die Kelvin-Sonde Rasterkraftmikroskopie, die Piezo-Antwort Kraftmikroskopie (PFM), sowie die optische Nahfeldmikroskopie (SNOM). Hierbei vereinen wir unsere Kompetenzen im Bereich der Abbildung mikroskopischer magnetischer Strukturen (insbes. Skyrmionen), auf dem Gebiet ferroelektrischer Materialien und der Nahfeldmikroskopie, sowie die reichhaltige Erfahrung unserer Kooperationspartner sowohl bei der chemischen Synthese der untersuchten Materialien, als auch im theoretischen Verständnis der betrachteten physikalischen Phänomene.Im ersten Teil dieses Projekts werden wir die erwähnten bildgebenden Methoden zur parallelen und dynamischen Abbildung der polaren elektrischen und magnetischen Strukturen, welche bei tiefen Temperaturen im GaV4S8 auftreten, anwenden. Daraufhin werden diese Fähigkeiten zur Bildgebung nutzen, um die komplexe Verschränkung der magnetischen und elektrischen Ordnung in diesem Material mit Hilfe externer Einflüsse, wie magnetischer oder elektrischer Feder, systematisch zu studieren. Im dritten Teil des Projekts werden wir schließlich über GaV4S8 hinaus nach weiteren nichtkollinearen magnetischen Modulationen in anderen Defektspinellen suchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Lukas M. Eng; Dr. Susanne Kehr