Bewegliche magnetische Skyrmionen in ultra-dünnen Filmen auf Supraleitern für konfigurierbare Majorana Zustände

• Antragsteller: Professor Dr. Yuriy Mokrousov, seit 10/2019; Professor Dr. Wulf Wulfhekel
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403503586

Einzelne Skyrmionen eignen sich möglicherweise für die magnetische Datenspeicherung, da sie lateral mit niedrigen Stromdichten bewegt werden können und topologisch geschützt, d.h. stabil, sind. Einzelne Skyrmionen wurden in einer Vielzahl von polykristallinen Schichtsystemen beobachtet. Die Mobilität von Skyrmionen in diesen Systemen kann jedoch durch Pinning an strukturellen Defekten begrenzt sein. Auch in epitaktischen Schichten, in denen die Inversionssymmetrie gebrochen ist (z.B. in MnSi oder Fe/Ir(111)), konnten einzelne Skyrmionen stabilisiert werden, jedoch oft nur in relativ großen Magnetfeldern zwischen 1 und 3 T. Wir haben kürzlich mit Co/Ru(0001) ein System gefunden, in denen Skyrmionen metastabil hinunter bis zu verschwindendem Feld sind und sich leicht mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops bewegen lassen. Ru wird jedoch supraleitend unterhalb von 500 mK und 7 mT. Es wurde vorhergesagt, dass an der Grenzfläche zwischen einem Supraleiter und magnetischen Filmen mit Skyrmionen Majorana Fermionen auftreten. Die Ziele dieses Antrags sind es, Majorana Fermionen in dem Hybridsystem Co/Ru(0001) oder einem verwandten System zu beobachten und theoretisch zu beschreiben, die Skyrmionen und assoziierten Majorana Fermionen lateral zu bewegen, die Mechanismen hierfür zu verstehen und den Proximity Effekt in diesen nicht-kollinearen Strukturen zu beschreiben. Schließlich soll die Verschränkung und das Braiding der Majorana Zustände experimentelle und theoretisch untersucht werden, nicht zuletzt um das Potential von Skyrmionen in Co/Ru(0001) für das topologische Quantencomupting auszuloten. Das Projekt basiert auf einer engen Zusammenarbeit zwischen Experiment und Theorie. Die Prtner haben schon die rein magnetischen Aspekte dieses Materialsystems gemeinsam untersucht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen
• Mitverantwortliche: Dr. Timofey Balashov; Dr.-Ing. Melanie Dupe; Dr. Marie Herve
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Bertrand Dupé, bis 10/2019