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Projekt
"Skyrmions in reduzierten Dimensionen: eine SPM-Analyse"
Antragsteller
Professor Dr. Lukas M. Eng
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403512597
Dieses Projekt widmet sich der fundamentalen Analyse von niederdimensionalen Skyrmionen (SKY)-Systemen mit Hilfe unserer lokalen Sondenmethoden (SPM). Konkret beschränken wir uns auf 2 Klassen von Dünnfilmen, zum einen auf die Familie der lakunaren Spinels unter reduzierten Dimensionen mit GaV4S8 (GVS) dem prominentesten Vertreter hieraus, sowie auf Dünnfilme aus SrIrO3 / SrRuO3 Multilagen. In jüngster Vergangenheit war es uns möglich, mit Hilfe ausgewählter SPM Techniken wie der magnetischen (MFM), der piezoelektrischen (PFM) oder auch der Kelvin-Probe Rasterkraftmikroskopie (KPFM) SKYs und Skyrmionen-Gitter (SkLs) an den Grenz-und Oberflächen einer Vielzahl von bulk-Materialien abzubilden und auf lokaler Skala zu manipulieren, so in den B20-Materialien, dem multiferroischen Isolator Cu2OSeO3, sowie auf genanntem GVS als multiferroischem Halbleiter und seinen Verwandten (GVSe, GMoS, GeVS). Der enorme Vorteil dieser lakunaren Spinels ist deren multiferroische Eigenschaft, die eine mutuelle Manipulation und Beeinflussung sowohl über elektrische, magnetische oder mechanische Felder erlaubt. Genau dies steht im Fokus unseres Projektes. Zunächst stellen wir Dünnfilme der GVS-Materialtypen her, indem wir 4 verschiedene Routen in ihrem Ergebnis der SkL-Ausbildung einerseits und der lokalen Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung (DMI) andererseits miteinander vergleichen. Es kommen 2 top-down und 2 bottom-up Verfahren zum Zuge: Während das Focused-Ion-Beam-Milling bzw. Chemical-Mechanical-Polishing zu ca. ~50-nm-dicken, freistehenden Dünnfilmen der GVS-Typen führen, werden als bottom-up Techniken eine Pulsed-Laser-Deposition sowie die Vereinzelung von 0D GVS-Körnern von < 100 nm Durchmesser aus einer polykristallinen Probe eingesetzt. Letztlich wenden wir noch einen Schrägschliff auf alle diese Dünnfilme an, um so direkten Zugang mittels SPM zu inneren, vergrabenen Grenzflächen zu erhalten. Zusätzlich konzentrieren wir unsere lokalen SPM Untersuchungen auch auf die genannten SrIrO3 / SrRuO3 Dünnfilme. Hier gilt es, den Grenzflächen-getriebenen DMI durch Variation der Multilagenabfolge so zu steuern, dass SkLs ausgebildet werden können. Letztlich steht auch die gezielte Manipulation von individuellen SKYs oder auch SkLs in metastabilen Zuständen im Fokus dieses Projektes. Nebst Beeinflussung mittels lokaler magnetischer Felder durch die MFM Spitze sollen die hier eingesetzten Multiferroika auch durch integrale oder lokale elektrische Felder manipuliert werden; darüber hinaus setzen wir piezoelektrische Substrate zur gezielten mechanischen Verspannung der Dünnfilme in-situ ein. Trotz der großen Palette an experimentellen Techniken zur Analyse von bulk-SKY-Materialien, sind es unsere SPM Methoden, die hier unikal Einblicke in die Energetik und Dynamik von solchen 0D, 1D und 2D SKY-Systeme gewähren werden. Selbstverständlich können unsere SPM Techniken auch zur Analyse anderer prospektiver Materialsysteme innerhalb des SPPs eingesetzt werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
