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Projekt
Amorphe Ferrimagnete als Plattform für antiferromagnetische DMI Skyrmionen
Antragsteller
Professor Dr. Felix Büttner; Dr. Florin Radu
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462676630
Die meisten Skyrmionen können in zwei Kategorien eingeteilt werden: solche, die durch die Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung (DMI) stabilisiert sind und solche, deren Stabilität durch Streufelder dominiert wird. Diese beiden Typen von Skyrmionen wurden noch nie im gleichen Material beobachtet. Entsprechend wenig ist über ihre physikalischen Unterscheidungsmerkmale bekannt. Unser Ziel ist es daher, das erste Materialsystem zu finden, in dem beide Arten von Skyrmionen stabil sein können und einen Übergang von einer zur anderen Art direkt abzubilden. Dazu werden wir uns auf amorphe RE-TM Ferrimagnete konzentrieren, in denen kürzlich starke volumen-skalige chirale Wechselwirkungen gefunden wurden und in denen wir durch theoretische Rechnungen ein großes Phasengebiet für sub-10 nm große DMI Skyrmione im Schichtdickenbereich von 10 bis 100 nm vorhersagen. Dazu sollte das Material nahe seines Kompensationspunktes betrachtet werden. Gleichzeitig erwarten wir basierend auf Literaturergebnissen in diesen Materialien eine Streufeld-Skyrmionenphase fernab der Kompensation. Damit ergibt sich ein mächtiger Hebel, um über die Temperatur das Material graduell von einer in die andere Phase zu überführen. Bei einer solchen Änderung wollen wir nun direkt zuschauen und dabei nach Hystereseeffekten suchen, anhand derer wir die Ordnung des Übergang bestimmen können. Diesem Experiment wird eine intensive Phase der Materialentwicklung vorausgehen, in der wir zum ersten Mal systematisch all mikromagnetischen Parameter (inkl. der Chiralität) von amorphen RE-TM Ferrimagneten als Funktion der Komposition, der Schichtdicke und der Temperatur bestimmen werden. In Kombination mit unserem analytischen Modell ergibt sich damit eine Auswahlformel, mittels derer sich Materialien vorhersagen lassen, in denen Skyrmionen bestimmte geforderte Eigenschaften haben. Zusätzlich werden wir eine Technik entwickeln, mittels derer sich die Chiralität und das Profil der angestrebten solitären Zustände bestimmen lässt, und zwar ohne dabei auf die Oberfläche beschränkt zu sein. Insgesamt wird dieses Projekt die theoretisch vorhergesagte Klassifizierung der Skyrmionen experimentell überprüfen, Skyrmionforscherinnen und -forschern eine Materialplattform für die systematische Untersuchung beider Skyrmiontypen zur Verfügung stellen und einen Weg für die Anwendung der Übergänge (und einer möglichen Bistabilität) in integrierten Chips aufzeigen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
