Spannungsabstimmbare Magnetvortex-Oszillatoren

• Antragsteller: Vadym Iurchuk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501377640

Der Grundzustand von nanoskaligen magnetischen Zylinderscheiben mit bestimmten Verhältnissen zwischen Höhe und Durchmesser ist eine sich spontan ausbildende, stabile Vortexkonfiguration mit Wirbeln der Magnetisierung in der Ebene und einem Vortexkern, der entlang der Zylinderachse aus der Ebene herauszeigt. Die resonante Anregung des Vortexkerns mittels eines Hochfrequenz-Magnetfelds oder eines polarisierten Hochfrequenz-Spinstroms erzeugt eine gyrotropische Bewegung um seine Gleichgewichtsposition, die durch eine spezifische Eigenfrequenz gekennzeichnet ist, die wiederum von den Materialparametern und der Zylindergeometrie abhängt. Solche Oszillationen, die über periodische Magnetwiderstandsänderungen ausgelesen werden können, erzeugen Hochfrequenz-Signale mit hohen Gütefaktoren (>10000) in der Sub-GHz-Bandbreite. All diese Eigenschaften machen Vortex-basierte Nano-Oszillatoren zwar als nanoskalige Hochfrequenz-Quellen interessant, der größte Nachteil bleibt jedoch ihre niederfrequente Abstimmbarkeit, die aus den linearen Eigenschaften des gyrotropischen Modus resultiert.Für dieses Projekt schlagen wir vor, die Rolle der Magnetostriktion bei der Verbesserung der Abstimmbarkeit von Nanooszillatoren zu untersuchen (experimentell und durch mikromagnetische Simulationen). Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Studie in drei Hauptteile gegliedert. Zuerst werden wir die spannungsinduzierte Verschiebung der Eigenfrequenz der Vortexkern-Gyration und die entsprechende Modifikation der Gyrationsbahn in magnetostriktiven ferromagnetischen Zylindern untersuchen, die auf einem piezoelektrischen Substrat aufgewachsen werden. Wir werden den Beitrag der magnetoelastischen Anisotropie zur Vortexkerndynamik in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Magnetostriktionskonstante und der magnetokristallinen Anisotropie bewerten. Im nächsten Schritt werden wir das Wechselspiel zwischen der spannungsinduzierten magnetoelastischen Anisotropie und der magnetostatischen Wechselwirkung zwischen den Schichten in den Multilagen-Doppelvortexstrukturen und deren Auswirkung auf die Eigenfrequenzaufspaltung untersuchen. Im letzten Teil der vorgeschlagenen Studie werden wir die Vortexbildung in ferrimagnetischen Mikrozylindern nahe am Drehimpulskompensationspunkt untersuchen. Anschließend wird die spannungsinduzierte Modifikation der Resonanzdynamik der ferrimagnetischen Vortizes und die entsprechende Frequenzabstimmbarkeit in Abhängigkeit von den Materialparametern und der Geometrie der Strukturen bewertet. Es wird erwartet, dass diese Erkenntnisse den derzeitigen Wissensstand über die spannungsgesteuerte Magnetisierungsdynamik in geschlossenen magnetischen Strukturen erweitern werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen