Wechselwirkung zwischen Magnonen und chiralen Spintexturen für eine energieeffiziente Spintronik

• Antragsteller: Dr. Helmut Schultheiß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410406067

Die Spintronik ist ein Gebiet der Festkörperphysik, welches auf die Nutzbarmachung des Elektronenspins abzielt. Einer der größten Erfolge dieser Forschungsrichtung war die Entwicklung von Magnetfeldsensoren für Festplatten, die wesentlich zur digitalen Revolution beigetragen hat. Trotz dieses Erfolges ist bis heute der Transport von Spin-Information über mesoskopische Längenskalen technologisch nicht zufriedenstellend gelöst.Eine Alternative ist die Magnonik, die nicht auf der Bewegung von Elektronen und den damit verbundenen Reibungsverlusten sondern auf den kollektiven Anregung aller Elektronenspins aufbaut, die sich in Form von Spinwellen (Magnonen) ausbreiten. Ein weiterer Ansatz nutzt chirale Spintexturen, wie z. Bsp. Domänenwände mir speziellem Drehsinn oder magnetische Skyrmionen. Gerade letztere sind topologisch geschützt und versprechen durch ihre topologischen Eigenschaften ein hohes Potential in neuartigen Speicherkonzepten. Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, die Vorzüge von Magnonen und chiralen Spintexturen für neue Mechanismen in der Spintronik zusammenzubringen, indem die wesentlichen Wechselwirkungen untersucht werden.Diese Idee ist zusätzlich dadurch begründet, dass sowohl Magnonen als auch chirale Spintexturen ihre Vielfalt aus dem Zusammenspiel von Dipol-Dipol-, Austausch- und Spin-Bahn-Wechselwirkung erhalten. Spinwellen sind schnell und abhängig von der Ausrichtung magnetischer Momente, chirale Spintexturen sind robust, nicht flüchtig und dennoch auf sehr kurzen Zeitskalen reprogrammierbar. Zusammen erfüllen beide Projektpartner aus Deutschland und China alle Vorraussetzungen, die für den Antrag notwendig sind: Hervorragende Kenntnisse und Anlagen zum Sputtern der relevanten Materialien, zeitaufgelöste Brillouin-Lichtstreu-Mikroskopie, spinabhängige dc und ac Transportmessungen sowie Spin-aufgelöste bildgebende Verfahren.Die Strategie des Antrages umfasst: (I) Herstellung von chiralen Materialien und Optimierung durch systematische Variation der Dicke, Legierung und Schichtreihenfolge. (II) Messung der Asymmetrie der Magnon-Dispersion zur Quantifizierung der Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung und (III) Herstellung von Strukturen zur Messungen der Wechselwirkung zwischen Magnonen und chiralen Spintexturen (magnonic spin transfer torque und magnonic topological Hall effect). Ein Nachweis dieser Effekte wäre ein wichtiger Schritt für die Magnonik und das Verständnis komplexer, topologischer Spintexturen und könnte neue Wege für eine energieeffiziente Datenverarbeitung aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Wanjun Jiang