Physik-informierte Tomographie von chiralen Nanomagneten

• Antragstellerin: Dr. Claire Donnelly
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550057827

Dreidimensionale chirale Magnetisierungstexturen sind aufgrund ihrer topologischen Stabilität und ihres komplexen Verhaltens von großem Interesse und versprechen viele neue Anwendungsmöglichkeiten. Um diese Texturen zu verstehen und zu kontrollieren, ist die Abbildung ihrer dreidimensionalen Nanostrukturen von entscheidender Bedeutung. Mit den ersten Demonstrationen der magnetischen Tomographie durch die Antragsteller war es möglich, direkten Zugang zu komplexen dreidimensionalen Texturen zu erhalten. Die Abbildung chiraler Strukturen stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar, da eine hohe räumliche Auflösung, eine quantitative Bestimmung der Materialeigenschaften und die Bestimmung der Magnetisierungsdynamik für ein besseres Verständnis erforderlich sind. Das zentrale Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Anwendung neuer experimenteller und theoretischer Methoden zur Erzeugung und Beobachtung dreidimensionaler chiraler magnetischer Strukturen. Wir werden dreidimensionale topologische Texturen in chiralem Materialien sowie in gekrümmten 3D-Nanostrukturen untersuchen. Der Schlüssel zu unserem Verständnis dieser komplexen Systeme ist nicht nur ihre statische 3DKonfiguration. Wir werden Sparsity-Verfahren nutzen, um unsere Möglichkeiten auf den zeitlichen Bereich auszudehnen und so Zugang zum dynamischen Verhalten chiraler 3D-Spintexturen zu erhalten. Im Mittelpunkt dieses Projekts steht die erstmalige Kombination modernster XMCD-Tomographie mit fortgeschrittenen physikalischen Rekonstruktionsmethoden. Dadurch werden nicht nur die effektive räumliche Auflösung und die Empfindlichkeit deutlich erhöht: in Kombination mit den physikalischen Zwangsbedingungen wird es möglich sein, verschiedene Materialeigenschaften, wie z.B. (anti-)symmetrische Kopplungskonstanten, genau zu bestimmen. Im Rahmen dieses Projekts werden wir komplexe dreidimensionale Nanostrukturen entwerfen, die chirale Magnetisierungstexturen beherbergen. Zum einen werden wir achirale Materialien mit FEBID in chirale Nanogeometrien umwandeln. Zum Zweiten werden wir intrinsisch chirale Materialien mit fokussiertem Ionenstrahlfräsen in einfachere, gekrümmte Nanogeometrien strukturieren. Wir werden deren dreidimensionale Magnetisierungskonfiguration unter Verwendung des neu entwickelten Rahmenwerks für physikalisch informierte magnetische Bildgebung untersuchen. Die entwickelten Methoden werden das Gebiet der dreidimensionalen magnetischen Bildgebung erheblich voranbringen, indem sie eine ultrahochauflösende Bildgebung topologischer Texturen zur Abbildung komplexer Magnetisierungsdynamiken ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, vereint das Projekt das einzigartige Fachwissen von vier Gruppen, nämlich der Abert-Gruppe an der UVIE(Computermagnetismus), der Donnelly-Gruppe am MPI (dreidimensionaler Nanomagnetismus), des Guizar-Sicairos-Labors an der EPFL (Computergestützte Röntgenbildgebung), und der Fernandez-Pacheco-Gruppe an der TU Wien (3D Nanofabrikation).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Claas Abert; Dr. Amalio Fernández-Pacheco; Professor Dr. Manuel Guizar-Sicairos