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Projekt
Elektrische Kontrolle von Skyrmionen und Antiskyrmionen in multiferroischen Nanostrukturen und epitaktisch gewachsenen Filmen
Antragsteller
Professor Dr. István Kézsmárki
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403505061
Das präzise Verständnis der Entstehung sowie die Kontrolle von Skyrmionen in Nanostrukturen und dünnen Schichten ist eine Schlüsselvoraussetzung für deren Einsatz als magnetische Bits in zukünftigen Speichertechnologien. Diese sogenannte Skyrmionik zielt auf die Generierung und Manipulation von Skyrmionen durch steuerbare externe Impulse und Felder ab. Die Funktionalisierung ist in greifbarer Nähe. Dabei konzentrierten sich die bisherigen Arbeiten vor allem auf Bloch-Skyrmionen chiraler kubischer Verbindungen in Nanostrukturen und dünnen Schichten, sowie Skyrmionen, die an Grenzflächen entstehen. In beiden Fällen lassen sich die Skyrmionen durch elektrische Ströme aufgrund der relativ hohen Leitfähigkeit der Wirtsmaterialien manipulieren. Einen neuen Ansatz für die Skyrmionik eröffnen die kürzlich von uns entdeckten Néel-Skyrmionen und die Beobachtung von Antiskyrmionen durch die Gruppe um Stuart Parkin.In diesem Projekt werden wir Néel-Skyrmionen und Antiskyrmionen in Nanostrukturen und als epitaktisch gewachsene Filme auf multiferroischen Isolatoren erstellen, diese charakterisieren und die Kontrolle mittels elektrischer Felder überprüfen. Diese Systeme haben mehrere Vorteile: die Steuerung des elektrischen Feldes ist im Vergleich zum elektrischen Strom deutlich energieeffizienter. Darüber hinaus sind Skyrmionen und Antiskyrmionen des Néel-Typs, die in Kristallen mit axialer Symmetrie vorliegen, im Hinblick auf die thermische Stabilität robuster als Bloch-Skyrmionen. Ein Hauptaugenmerk liegt in der Steuerung von Néel-Skyrmionen in Nanostrukturen basierend auf der Klasse der multiferroischen Lacunar-Spinelle. Wir werden die Spannungssteuerung der ferroelektrischen Domänen zusammen mit der starken Kopplung zwischen den magnetischen und ferroelektrischen Domänenwänden ausnutzen, um die Auswirkung von geometrischen Einschränkungen auf Skyrmion-Arrays vom Néel-Typ zu untersuchen und ihre elektrische Manipulation zu erreichen. Schließlich ist das visionäre Ziel die Generierung individueller Néel-Skyrmionen durch elektrische Felder.Weiterhin nutzen wir den strukturellen Polymorphismus von Lacunar-Spinellen aus, um zwischen Néel-Skyrmionen und Antiskyrmionen durch uniaxialen Druck und elektrischen Feldern zu schalten. Dies soll in Einkristallen und Filmen dieser Verbindungen erfolgen. Solche Skyrmion-Antiskyrmion-Phasenumwandlungen sind nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern können unterschiedliche anipulationen erlauben, da die interne Struktur der beiden Objekttypen variiert.Hierfür ist eine Kombination verschiedener experimenteller Methoden notwendig, deren Expertise in unserer Gruppe vorhanden ist bzw. durch Kooperationen im Rahmen des SPP erfolgen soll: Dielektrische Spektroskopie, Elektronenspinresonanz, magnetoelektrische, magnetische und magnetooptische Messungen, sowie Bildgebungstechniken (u.a. MFM, LTEM, SANS).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
