In-situ Untersuchungen zum Magnetowiderstand an topologischen Spin-Solitonen im Transmissionselektronenmikroskop

• Antragsteller: Dr. Darius Pohl, seit 4/2024; Dr. Bernd Rellinghaus
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403503416

Dieses Projekt geht die grundsätzliche Herausforderung an, Magneto-)Transporteigenschaften direkt mit den nanoskopischen Details der zugrundeliegenden magnetischen Texturen zu verknüpfen. Dieses können Skyrmionen oder verwandte topologische Solitonen sein, die mit Hilfe eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) visualisiert wurden. Beides kombiniert – TEM und Transportuntersuchungen – sind der Schlüssel zu einem vertiefenden Verständnis der Natur topologischer Solitonen. Eine Schwierigkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass Transportmessungen in der Regel an makroskopischen oder mesoskopischen Proben durchgeführt werden, deren Größe und Morphologie sich wesentlich von denen unterscheiden, die im TEM untersucht werden. Da es sich gezeigt hat, dass topologische Solitonen eine starke Größen- und Dickenabhängigkeit zeigen, sind solche ex-situ-Vergleiche von Natur aus problematisch. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, Korrelationen in in-situ-Experimenten zu untersuchen. Bisher zielen In-situ-Untersuchungen hauptsächlich auf die bloße Beobachtung der aktuellen oder feldinduzierten Bewegung von zum Beispiel Skyrmionen ab, um dann deren Dynamik phänomenologisch besser zu verstehen. Darüber hinaus befassen sich die meisten Untersuchungen jedoch entweder nicht mit den mikroskopischen Details der topologischen Objekte, oder die methodisch begrenzte Auflösung lässt dies nicht zu. Das beantragte Projekt zielt daher darauf ab, die erfolgreiche quantitative Bestimmung von Spintexturen aus dem Projekt der ersten Förderperiode auszuweiten. Hier wurden hochauflösende 2D-Volumenprojektionen und 3D-Abbildungen im TEM durchgeführt. In der hier beantragten Fortsetzung soll eine spezielle experimentelle Plattform etabliert werden, die in-situ-Messungen von Magnetotransporteigenschaften im TEM ermöglicht.Die Einbettung der in-situ-Experimente in das Schwerpunktprogramm SPP-2137 stellt einen erheblichen Mehrwert für das Projekt dar, da das Forschungsnetzwerk des Programms es ermöglicht, unsere Arbeit mit verwandten (ex-situ-)Ansätzen in Partnerprojekten sowohl auf der mesoskopischen als auch auf der atomaren Längenskala zu verknüpfen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Andy Thomas, bis 4/2024