Magnetische Skyrmion-Bubble-Hybride in Nanoschichten von metallischen Ferromagneten: Zusammenspiel magnetodipolarer und Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkungen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexei N. Bogdanov
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403039150

Achsen-symmetrische Solitonen, die durch intrinsische und/oder induzierte Dzyaloshinskii-Moriya (DM) Wechselwirkungen stabilisiert sind (chirale Skyrmionen), und herkömmliche zylindrische Blasendomänen, die durch Oberflächen-Entmagnetisierungseffekte verursacht werden, repräsentieren zwei grundsätzlich unterschiedliche Typen von topologisch nicht-trivialen magnetischen Strukturen. Sie zeichnen sich durch eine der umgebenden Matrix entgegengesetzte Magnetisierung aus und treten als lokalisierte Objekte auf der Nano- oder Mikrometer-Skala auf. Dadurch stellen sie vielversprechende Objekte für die magnetische Datenspeicherung und andere Anwendungen der modernen Spinelektronik dar. Kürzlich wurde eine weitere Art von lokalisierten Objekten in Nanoschichten mit schwacher bis mittlerer Senkrechtanisotropie entdeckt, die sich ebenfalls unter dem kombinierten Einfluss von chiraler DM und magnetodipolarer Wechselwirkung bilden. Diese Objekte stellen eine Mischung dar aus "reinen" chiralen Skyrmionen, wie sie in Nanoschichten nicht-zentrosymmetrischer Ferromagnete gefunden werden, und klassischen Blasendomänen, die typisch für Schichten mit starker Senkrechtanisotropie sind. Man kann diese Objekte deshalb als "Skyrmion-Blasen Hybride" interpretieren, da sie sowohl Eigenschaften von Skyrmionen als auch Blasendomänen zeigen. In diesem Projekt soll eine analytische Theorie für diese Hybridobjekte entwickelt werden, die mit Domänenbeobachtung mittels hochauflösender magneto-optischer Kerr-Mikroskopie und vollskaligen mikromagnetischen Simulationsrechnungen kombiniert werden soll. Auf dieser Basis erwarten wir eine vollständige physikalische Beschreibung der neuartigen Blasen-Skyrmionen Objekte in modernen nanomagnetischen Materialien mit intrinsischen und induzierten chiralen Wechselwirkungen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen