Die Steuerung magnetischer Skyrmionen in ionenstrahlmodifizierten Mehrlagenfilmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Becherer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403505866

Skyrmionen, d.h. stabile Spintexturen in ultra-dünnen ferromagnetischen Schichten, werden als zukünftige Informationsträger der digitalen Zustände 1 und 0 in integrierten, mikroelektronischen sowie -magnetischen Bauelementen und Systemen gehandelt. Um für die Verwendung in Speicher- oder Logikanwendungen in Frage zu kommen, muss zunächst die Generation, Manipulation und das elektronische Auslesen der meist binären Information von Skyrmion gezeigt werden. Wir schlagen daher vor, die potentielle Energie magnetischer Mehrlagenschichten durch präzise fokussierte Ionenstrahlen zu beeinflussen um magnetische Skyrmionen mittels elektrischer Ströme generieren, stabilisieren, auslöschen und steuern zu können. Genauer gesagt werden wir zunächst jene ferromagnetischen Mehrlagenfilme untersuchen, die das Potenzial haben praktisch relevante und reproduzierbare Skyrmionphasen aufzuweisen. Unter Verwendung von ab-initio Berechnungen und höchstauflösender magneto-optischer Mikroskopie - von unseren Forschungspartnern zur Verfügung gestellt - werden wir geeignete magnetische Schichten identifizieren, evaluieren und letztendlich optimieren. Im darauffolgenden Schritt werden wir die magnetischen Eigenschaften der Mehrlagefilme gezielt mittels Ionenbestrahlung unterschiedlichen Typs (He, Ga und Ar) manipulieren, um Potentialtöpfe und -barrieren zu realisieren. Wir werden einen konfigurierbaren Messaufbau konstruieren, der es ermöglicht, magnetische Mehrlagenfilme auf Nanoskala zu strukturieren und Skyrmionen bei möglichst geringen Stromdichten bewegen zu können. In der letzten Phase werden wir Skyrmionen auf ihre Eignung für Speicher- und Rechenanwendungen in eignes dafür hergestellten mikromagnetischen Prototypen untersuchen.Alles in allem zielen wir darauf ab, eine disruptive Nanotechnologie für die anstehenden Anforderungen in leistungsarmen und ultimativ skalierten Rechen- und Speicheranwendungen zu evaluieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen