Krümmungsinduzierte Effekte in magnetischen Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Huth; Dr. Attila Kakay; Dr. Denys Makarov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444929866

Materialien mit chiralen Wechselwirkungen, die chirale magnetische Texturen besitzen, stehen im Vordergrund aktueller Forschung zu kondensierter Materie. Krümmungseffekte in geometrisch gekrümmten magnetischen dünnen Schichten erwiesen sich als eine praktikable Alternative zu den herkömmlichen Ansätzen zur Realisierung chiraler magnetischer Texturen, die auf der Abstimmung intrinsischer Materialeigenschaften basieren. Obwohl es zahlreiche ansprechende theoretische Vorhersagen für krümmungsinduzierte Effekte in 3D-Schalen gibt, ist die neuartige Physik von durch Wechselwirkung und Magnetostatik getriebenen Phänomenen im Nanomagnetismus noch nicht experimentell untersucht. Dies ist hauptsächlich auf das Fehlen geeigneter Charakterisierungswerkzeuge und Herstellungsverfahren zurückzuführen, die Zugang bieten zu komplexen Geometrien im unteren Mikrometer- und Sub-Mikrometer-Bereich, bspw. Tori, Möbius-Streifen und Kugelschalen.In diesem Projekt werden wir auf diese grundlegend relevanten Aspekte eingehen. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, drei experimentelle Gruppen und eine theoretische Gruppe zusammenzubringen, um neue Wege bei der Herstellung dreidimensionaler gekrümmter magnetischer Schalen im unteren Mikrometer- und Sub-Mikrometer-Bereich auf Basis von Dünnschicht- und Direktschreib-Methoden weiterzuentwickeln und einzusetzen. Weiterhin werden wir die komplexen magnetischen Zustände charakterisieren und ihre Dynamik untersuchen, sowohl experimentell als auch theoretisch. Im Fokus stehen vor allem Objekte, die zuvor nicht realisiert wurden, darunter der Torus, das Möbius-Band und die Kugelschale. Diese neuen Architekturen werden anhand einer Vielzahl experimenteller Techniken hinsichtlich ihrer statischen und dynamischen Eigenschaften charakterisiert. Für letztere werden neue Methoden etabliert und angewendet, um die Magnetisierungsdynamik bspw. in besonders interessanten magnetischen biskuitrollen-artigen Strukturen zu untersuchen. Um die komplexen magnetischen Strukturen in diesen Architekturen zu verstehen, werden fortschrittliche mikromagnetische Simulationen mit mikromagnetischen Berechnungen auf Finite-Elemente-Basis durchgeführt, die durch die hohe parallele Rechenleistung von Grafikkarten beschleunigt werden.Dieses Projekt wird nicht nur unser Verständnis krümmungsinduzierter Effekte in kondensierter Materie vertiefen, sondern auch dazu beitragen, die entwickelten neuartigen theoretischen Konzepte und Vorschläge experimentell zu überprüfen. Auf diese Weise werden wir Einsicht erhalten, wie derartige Krümmungseffekte für die zukünftige Realisierung neuer magnetischer 3D-Bauelemente genutzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Oleksandr Dobrovolskiy