Elementspezifische Untersuchung von Spindynamik in Nano- und Heterostrukturen mit ultimativer Ortsauflösung

• Antragstellerin: Dr. Katharina Ollefs
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321560838

Ziel dieses Antrages ist die Untersuchung der dynamischen magnetischen Eigenschaften von einzelnen magnetischen Mikro- und Nanoobjekten in einer komplexen magnetischen Umgebung. Hierfür wird eine neue experimentelle Methode verwendet die in Kollaboration der Antragsteller mit Forschern des Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL) entwickelt wurde. Dieses neue Instrument kombiniert die element-spezifische Untersuchung der magnetischen Eigenschaften mittels Röntgenmagnetozirkulardichroismus (XMCD) mit der räumlichen Auflösung von nominell 35nm eines Rastertransmissionröntgenmikroskopes (STXM) mit einer zeitaufgelösten Detektion bis zu 17ps. Dies erlaubt die Detektion der transversalen röntgendetektierten Ferromagnetischenresonanz (XFMR) mit räumlicher Auflösung. Die Mikrowellenanregung basiert dabei auf lithographisch hergestellten Mikroresonatoren auf SiN-Membranen in welche das Mikro-bzw. Nanoobjekt hineingelegt wird. Die Verwendung der Mikroresonatoren gibt die einzigartige Möglichkeit gleichzeitig das konventionelle FMR Signal, welches über das gesamte Ensemble mittelt und das ortsaufgelöste XFMR Signal der einzelnen nanoskaligen Beiträge zu messen.Unser Ziel ist es die folgende Reihe an Experimenten durchzuführen:1. Räumliche Abbildung und zeitlich aufgelöste Detektion der Phaseninformation von uniformen und nicht-uniformen Spinwellen Anregungen in mikro- und nanoskaligen Streifen bei denen die Anregungsmoden durch die Form der Strukturen oder durch Streufelder von benachbarten ferromagnetischen Strukturen beeinflusst sind. Diese lokalen Felder können genutzt werden um lokale Anregungen zu verstärken oder abzuschwächen. Vorgesehene Materialien für die Strukturen sind hierbei Co harte und Permalloy (Py) als weiche magnetische Materialien.2. Untersuchungen der lokalen dynamischen magnetischen Eigenschaften einzelner Nanopartikel unter dem Einfluss magnetischer Kopplung und Streufelder in einem Ensemble am Beispiel von Eisen und Eisenoxid Nanopartikeln. Die magnetisch angeregten Zustände können dabei durch unterschiedliche Anordnung und Anzahl gezielt verändert werden was auch durch Mikromagnetische Simulationen gezeigt werden soll.3. Direkte Abbildung von Spinströmen in nicht-magnetischen Materialien, die durch Spin-Pumpen in Heterostrukturen erzeugt werden durch Ausnutzung der Elementspezifität und der Orts- und Zeitauflösung der STXM-FMR. Ein Py Mikrostreifen treibt hierbei in FMR einen Spinstrom in einem darunter liegenden Material mit geringer Spin-Bahn Wechselwirkung wie ZnO oder All. Dieser Spinstrom wird dann mit seiner räumlichen Verteilung und relativen Phase abgebildet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Dr. Ralf Meckenstock
• Kooperationspartner: Professor Dr. Andreas Ney