Thermische Magnetisierungsumkehr und strominduziertes Schalten antiferromagnetischer Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Bode
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239973735

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ausgangspunkt des Projektes waren frühere Experimente des Antragstellers, bei denen superparamagnetische Schaltereignisse kleiner ferromagnetischer Monolagen-Inseln beobachtet wurden. Durch lokal mit einer STM-Spitze injizierte Spinströme gelang es dieses Schaltverhalten zu beeinflussen, was auf den sogenannten Spin Transfer Torque-Efffekt zurückgeführt wurde. Diese Experimente sollten in diesem Projekt in analoger Weise auf antiferromagnetische Inseln angewandt werden, um diesbezüglich zu neuen Erkenntnissen über diese wichtige Materialklasse zu kommen. Es gelang uns die thermisch induzierte Schaltrate antiferromagnetischer Mn-Inseln auf W(110) zu bestimmen. In Übereinstimmung mit dem erwarteten Verhalten fanden wir für einzelne Inseln eine Verteilung der Lebensdauer, die exponentiell mit der Zeit abnimmt. Allerdings gelang es uns nicht die stark unterschiedlichen mittleren Lebensdauern, die für verschiedene Inseln gefunden wurden, sinnvoll mit den strukturellen Eigenschaften der jeweiligen Inseln in Korrelation zu bringen. Es scheint als spielten für uns zurzeit nicht kontrollierbare Parameter, wie etwa die Defektart oder –dichte, eine entscheidende Rolle. Aufgrund dieser Probleme wurden die Experimente an Mn/W(110) eingestellt und nach alternativen Probensystemen gesucht. Tatsächlich stellte sich bei Anschlussuntersuchungen insbesondere für dünne Fe-Filme auf Rh(001) heraus, dass diese hochinteressante, gekoppelte Ordungsphänomene aufweisen. Es wurden zwei Artikel publiziert, in denen die elektronische und magnetische Struktur dieser Proben beschrieben wird, einer davon in Nature Communications. Weitergehende im Anschluss geplante Untersuchungen sollen nun die Frage klären, worin genau der elektronische Ordnungsprozess besteht. Hier kommen neben der eher unwahrscheinlichen Ladungsdichtewelle auch Peierls-Instabilitäten in Frage. Entsprechende Experimente werden gegenwärtig unternommen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Quasi-particle Interference Scattering of Spin-Polarized Shockley-Like Surface State Electrons: Ni(111), Phys. Rev. B 89, 155413 (2014)
  A. Krönlein, J. Kemmer, P.-J. Hsu und M. Bode
  
• Growth and magnetic domain structure of ultra-thin Fe-films on Rh(001), Phys. Rev. B 91, 184412 (2015)
  J. Kemmer, S. Wilfert, J. Kügel, T. Mauerer, P.-J. Hsu und M. Bode
  
• Thermal properties of a spin spiral: manganese on tungsten(110), Phys. Rev. B 91, 064402 (2015)
  G. Hasselberg, R. Yanes, D. Hinzke, P. Sessi, M. Bode, L. Szunyogh und U. Nowak
  
• Coexistence of charge and ferromagnetic order in fcc Fe, Nature Comm. 7, 10949 (2016)
  P.-J. Hsu, J. Kügel, J. Kemmer, F. Parisen Toldin, T. Mauerer, M. Vogt, F. Assaad und M. Bode
  
• Structural analysis of ultra-thin Pd films on W(110), Surface Science 657, 44 (2017)
  J. Kemmer und M.Bode