Hybridisierung an Metall- und Oxid-Grenzflächen zum Verständnis der Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung in asymmetrisch angeordneten Dünnfilmen binärer Legierungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Denys Makarov; Privatdozentin Dr. Elena Vedmedenko
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514141286

Die Untersuchung von chiralen Wechselwirkungen in magnetischen Dünnschichten und Multischichten ist an vorderster Front der Magnetismusforschung. Kürzlich konnten mittels der oberflächeninduzierten Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung (DMI) chirale magnetische Skyrmionen und skyrmionische Blasen bei Raumtemperatur stabilisiert werden, wodurch neuartige Anwendungen im Bereich von digitalem Speicher und Logik denkbar werden. Typische Materialsysteme bestehen dabei aus einer dünnen ferromagnetischen (FM) Schicht, die entweder zwischen zwei Schwermetall(HM)-Schichten oder einer HM- und einer Metalloxid(MO)-Schicht gestapelt wird. Durch präzise Herstellung von MO/FM/HM Grenzflächen können so nützliche spinorbitronische Geräte erschaffen werden. Neben der atomaren Konfiguration und Qualität der Grenzfläche selbst, müssen auch andere Einflussfaktoren auf die DMI beachtet werden, wie die intrinsischen magnetischen Eigenschaften der FM Schicht. In diesem Projekt wollen wir die Stärke von Grenzflächen-DMI mit dem Grad der Hybridisierung elektronischer Zustände an den Grenzflächen in Beziehung setzen. Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Untersuchung von gestapelten Schichten mit binären Legierungen wie FePt, CoPt und MnAl, die zwischen Schwermetall (Pt oder Ta) und Metalloxid (AlOx und CrOx) eingelagert sind. Die Ergebnisse von Legierungsschichten werden mit einem Referenzsystem verglichen, dass auf asymmetrisch geschichteten Co-Schichten basiert. Die Arbeit ist in erster Linie experimentell. Wir werden verschiedene Methoden untersuchen, um die Hybridisierung elektronischer Zustände an den Grenzflächen von typischerweise ultradünnen gestapelten Schichten zu bewerten. Um diese Aufgabe zu lösen, werden wir verschiedene Techniken anwenden, die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Raster-Auger-Elektronenspektroskopie (Nano-Auger) in Kombination mit einem Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometer (SNMS), um zu verstehen, welche Methode (oder Kombination) die richtige ist und am besten geeignet ist, um die elektronischen Änderungen an den Schnittstellen zu adressieren. Darüber hinaus werden wir verschiedene Methoden zur Bestimmung der DMI-Stärke untersuchen, einschließlich der Messung der asymmetrischen Spinwellendispersion mithilfe der Brillouin-Lichtstreuung (BLS) und der Überwachung der Entwicklung von Magnetdomänenmustern in der magnetooptischen Kerr-Mikroskopie, um Drehmomentmessungen im Spinorbit durchzuführen. In Zusammenarbeit, mit Kollegen aus der Theorie, werden diese experimentellen Daten analysiert, um die chiralen Effekte in komplexen mehrschichtigen Heterostrukturen quantitativ zu beschreiben. Dies wird der Spintronik- und Spinorbitronik-Gemeinschaft in all ihrer Breite zugutekommen. Hybridisierung an Metall- und Oxid-Grenzflächen zum Verständnis der Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung in asymmetrisch angeordneten Dünnfilmen binärer Legierungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• Mitverantwortlich: Dr. Stefan Facsko
• ausländischer Mitantragsteller: Dr. Igor Vladymyrskyi