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Projekt
Nichtgleichgewichtsquantendynamik stromgetriebener magnetischer Skyrmionen
Antragsteller
Privatdozent Dr. Wolfgang Häusler; Professor Dr. Michael Thorwart
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403505707
Der topologische Schutz von magnetischen Skyrmionen macht sie zu interessanten Kandidaten für die zuverlässige Verarbeitung von Information in Racetrack-Systemen. Skyrmionen sind wirbelartige Spintexturen mit einer nichtkollinearen Magnetisierung, die sich in nicht-zentrosymmetrischen magnetischen Materialien ausbilden können. Sie werden als Quasiteilchen betrachtet, welche recht stabil sind, klein bis hin zur atomaren Skala sein können und durch eine niedrige Dichte von spinpolarisierten elektrischen Strömen bewegt werden können. Ihre Entstehung und ihre Kontrolle sind nichttriviale dynamische Prozesse (aufgrund des topologischen Schutzes) und erfordern Vorgänge im Nichtgleichgewicht unter der Beteiligung der Dissipation, wie wir in der vorangehenden Förderperiode zeigen konnten. Des weiteren zeigt ihre Dynamik in Anwesenheit von Störstellen eine Vielfalt von Phänomenen, was im Bericht dargestellt wird. Während in der Vergangenheit weit vorangeschrittene dynamische Simulationen durchgeführt wurden, beabsichtigen wir in der kommenden Förderperiode, die Frage der dynamischen Stabilität von Skyrmionen und Antiskyrmionen zu untersuchen mittels einer Landschaft einer potentiellen Energie unter der Wirkung eines externen Stroms als Funktion von geeigneten Deformationsparametern. Wir wollen eine Kramers Ratentheorie für die Stabilität von Skyrmionen formulieren. Weiterhin wollen wir unseren Fokus auf antiferromagnetische Skyrmionen ausrichten. Diese sind interessant, weil zusätzlich zu den genannten Eigenschaften der Skyrmionen ein antiferromagnetisches Wirtsmaterial mit einer verschwindenden Gesamtmagnetisierung magnetisch innert ist, allerdings auf Kosten der Tatsache, dass eine Manipulation durch einen Strom von außen nichttrivial ist. Insbesondere treibt ein Strom das System aus seinem Grundzustand und motiviert so eine theoretische Beschreibung eines Antiferromagneten jenseits der Mean-field-Theorie für zwei gekoppelte ferromagnetische Untergitter. Wir planen die Entwicklung einer Theorie von stromgetriebenen antiferromagnetischen Skyrmionen jenseits der Mean-field-Theorie durch ihre Ergänzung durch Spinwellenfluktuationen. Wir können bereits neuartige Beiträge zum Spintransfer-Drehmoment vorhersehen. Des weiteren wollen wir echt quantenmechanische Skyrmionen studieren, so wie sie durch Quantenspins auf den Gitterplätzen gebildet werden. Wir beabsichtigen, unsere laufenden vorläufigen Quantensimulationen weiter auszubauen und wollen die Fragen der Stabilität und des Wechselspiels der Quantenmechanik und des klassischen Konzepts der Topologie untersuchen. Nicht zuletzt planen wir, die Dynamik von Skyrmionen zu untersuchen, die durch zirkulare Spinwellen aus punktförmigen Quellen emittiert werden. Dieses Konzept ist technologisch relevant für mögliche technologische Systeme und wird auch experimentell untersucht im Projekt von Dr. Stefan Krause (Universität Hamburg), mit dem wir im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms zusammenarbeiten möchten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
