Einfluß elektrischer Felder auf die magnetischen Wechselwirkungen von ultradünnen Übergangsmetallfilmen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Heinze
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414321830

Für die Realisierung von zukünftigen Anwendungen in der Spintronik ist die gezielte Manipulation von lokalisierten Spinstrukturen wie z.B. chiralen Domänenwänden, Skyrmionen und Antiskyrmionen von großer Bedeutung. Die Verwendung von elektrischen Feldern ist sehr vielversprechend, da sich diese lokal anlegen lassen und eine Änderung der magnetischen Eigenschaften bei geringem Energieaufwand versprechen. Daher hat es in der Vergangenheit bereits eine große Forschungsaktivität hinsichtlich der Kontrolle des Magnetismus durch elektrische Felder in multiferroischen Materialien, ferromagnetischen Halbleitern und magnetischen Metallen gegeben. In Metallen galt das Hauptaugenmerk der feldinduzierten Änderung der magnetokristallinen Anisotropie.In diesem Projekt werden wir einen Multiskalenansatz basierend auf Dichtefunktionaltheorie (DFT) und atomistischer Spindynamik nutzen, um die Manipulation von lokalisierten Spinstrukturen an Übergangsmetallgrenzflächen mittels elektrischer Felder zu studieren. Unser Fokus werden ultradünne Übergangsmetallfilme auf Oberflächen mit ferro- oder antiferromagnetischer Austauschwechselwirkung und signifikanter Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung (DMW) sein, die Skyrmionen oder chirale Domänenwände aufweisen. Mittels DFT werden die Abhängigkeit der Austauschwechselwirkung und der DMW sowie der magnetokristallinen Anisotropie von angelegten elektrischen Feldern berechnet. Die Änderungen der magnetischen Wechselwirkungen könnten das gezielte Schreiben und Löschen solcher Spinstrukturen ermöglichen. Wir werden diese Möglichkeit mit Hilfe von atomistischen Spindynamiksimulationen untersuchen, in denen wir die magnetischen Wechselwirkungen verwenden, die basierend auf DFT unter Berücksichtigung elektrischer Felder berechnet wurden. Die lokale Verteilung des elektrischen Feldes an der Oberfläche z.B. aufgrund der Spitze eines Rastertunnelmikroskops kann in die Simulationen einbezogen werden. Die Energiebarrieren für das Verschwinden oder Entstehen von lokalisierten Spinstrukturen wie Skyrmionen oder Antiskyrmionen werden wir mittels der geodesic nudged elastic band Methode berechnen. Die Lebenszeiten der Spinstrukturen können wir innerhalb der harmonischen Näherung zur Übergangszustandstheorie ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen