DomMagDzMo_Domain wall dynamics and magnetic texture behavior in magnetic films with Dzyaloshinskii-Moriya interaction

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jeffrey McCord
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics ; Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 380525191

• Final Report Year: 2023

Final Report Abstract

Im Projektzeitraum wurden verschiedene Experimente zur Untersuchung des Domänen- und Skyrmionenverhaltens an ultradünnen Schichten durchgeführt. Die geplante stroboskopische Abbildung stromdinduzierter Domänenprozesse konnte nicht erfolgreich durchgeführt werden, da das prognostizierte reversible Verhalten auch bei epitaktischen Schichten nicht gefunden wurde. Ursache hierfür ist vermutlich die extrem starke Abhängigkeit der Eigenschaften von der ferromagnetischen Schichtdicke, die wir an mehreren Beispielen nachweisen konnten. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass sich die gemittelte Schichtdicke aus einer lokal variierenden Schichtdicke ergibt. Wir konnten zeigen, dass die Domänencharakteristik durch minimale Dickenänderungen gezielt eingestellt werden kann. Dafür haben wir zwei kritische Schichtdickenbereiche identifiziert. Die Domänenbreiten und in ähnlicher Weise auch die Skyrmionengrößen können durch analytische Ansätze vorhergesagt werden. Quantitative Auswertungen der Skyrmionengrößenverteilung wurden durchgeführt und darauf aufbauend konnten wir das strominduzierte Skyrmionenverhalten großer Ensembles von Skyrmionen erfolgreich analysieren, superdiffusives Verhalten und damit Pinning nachweisen. Ein Highlight war der Nachweis unsichtbarer magnetischer Domänencharakteristika in einem superparamagnetischen Bereich der Co-Schichtdicke durch Mittelung im Fourierraum. Diese Methode wird von uns weiterentwickelt. Offene Fragen bestehen noch im Bereich der gefundenen Domänenwandmodulation bei Hochfrequenzanregung. Ein nicht unerheblicher Teil der Ergebnisse ist zum Zeitpunkt der Berichtsabgabe noch nicht publiziert.

Publications

• Size and density control of skyrmions with picometer CoFeB thickness variations—observation of zero-field skyrmions and skyrmion merging. Journal of Physics D: Applied Physics, 56(49), 495302.
  Denker, Christian; Nielsen, Sören; Lage, Enno; Römer-Stumm, Malte; Heyen, Hauke; Junk, Yannik; Walowski, Jakob; Waldorf, Konrad; Münzenberg, Markus & McCord, Jeffrey