Mesoskopische topologische Spintexturen, Spin- und topologischer Hall-Effekt in magnetischen dünnen Schichten und Heterostrukturen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Claudia Felser
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403502666

Topologische Spintexturen in Quantenmaterialien und die damit verbundenen Transporteffekte sind von großem Interesse für zukünftigen Spintronics Anwendungen. Das wichtigste Phänomen ist dabei der topologische Hall Effekt (THE) der eine charakteristische Signatur der topologischen Textur darstellt. Im Allgemeinen ist der THE durch die Größe der magnetischen Textur und die Kopplungsstärke zu den Ladungsträgern bestimmt.Im Projekt werden wir topologische Spinphänomene in mesoskopischen Systemen wie dünnen Filmen, Heterostruktur-Kontaktschichten und mikrometergroßen Strukturen aus Einkristallen untersuchen. Wir beabsichtigen maßgeschneiderte magnetische Spintexturen durch Materialauswahl und Variation der Größe der Devices zu erzeugen. Wir werden neuartige Heusler- und verwandte Mn-basierende Verbindungen mit chiralen Spintexturen untersuchen. Die topologischen Effekte sollen durch transversale und longitudinale Transportmessungen bei verschiedenen Temperaturen unter externen magnetischen und elektrischen Feldern nachgewiesen werden.Der Arbeitsplan hat zwei Teile. In ersten Teil werden wir Mikrometer-Strukturen herstellen aus hartmagnetischen Phasen von PtMnGa, MnBi, Nd2Fe14B, Dy2Fe14B, der chiralen Verbindung FePtMo3N und dem ferromagnetischen van-der-Waals Semimetall Fe3GeTe2. Wir werden die topologischen magnetischen Anregungen durch Transportmessungen nachweisen. Diese Messungen werden von unseren Kooperationspartnern durch Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren im Ortsraum ergänzt. Im zweiten Teil planen wir epitaxiale dünne Schichten von hoher Qualität, Heterostrukturen sowie Kontaktschichten zu untersuchen. Wir werden (i) neue Heusler Verbindungen mit D2d Symmetrie wie Mn2IrSn und Mn2PtIn untersuchen, in denen – wie die Theorie vorhersagt – Antiskyrmionen auftreten. Das Ziel ist einen vollkompensierten Ferromagneten oder ein antiferromagnetisches Heusler-Material mit antiferromagnetischen Skyrmionen zu finden. (ii) Neue Verbindungen wie hexagonales PtMnGa(Al) und MnBi. (iii) Die Kombination verschiedener Quantenmaterialen, z.B. Topologische Isolatoren oder Semimetalle / (Anti)Skrymionen, Ferroelektrikum / (Anti)Skrymionen. Wir beabsichtigen Heterostrukturen mit Kontaktschichten von hoher Qualität zu erzeugen in denen wir neuartige Eigenschaften, große Spin-Hall-Effekte und neue Funktionalitäten erwarten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen
• Mitverantwortlich: Anastasios Markou, Ph.D.