Antiskyrmionen auf Oberflächen durch anisotrope Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkungen

• Antragsteller: Dr. Jeison Fischer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462692705

Die Physik hinter den magnetisch wirbelnden topologischen Objekten, die als Skyrmionen bezeichnet werden, wurde eingehend untersucht. Die Relevanz für potenzielle neue Datenspeichergeräte weckt das Interesse. Anfangs erhielten Antiskyrmionen an der Seitenlinie nicht die gleiche Aufmerksamkeit wie Skyrmionen. Beide unterscheiden sich nur in der Art und Weise, wie sich die Spins innerhalb des magnetischen Objekts drehen, während sich bei Skyrmionen alle Spins kohärent in alle Richtungen drehen, bei Antiskyrmionen ist die Rotation stark richtungsabhängig und enthält vier verschiedene Chiralitäten (Multichiralität). Anfänglich haben grundlegende Studien gezeigt, dass ein deutlicher Unterschied in der Formationsenergie besteht und dass Skyrmionen in chiralen Massenmagneten viel stabiler sind als Antiskyrmionen.In Schüttgütern wurde schließlich auf die Möglichkeit von Antiskyrmionen in Heusler-Materialien mit D2d-Symmetrie zugegriffen, jedoch wurde der Fall für dünne Filme nie gemacht. Angesichts der Tatsache, dass Dünnfilme besser mit technologischen Entwicklungen und dem wissenschaftlichen Interesse am Verständnis der Frage der Stabilisierung von Antiskyrmionen vereinbar sind. Das Hauptziel der Forschung im Rahmen dieses Vorschlags ist die Untersuchung nicht kollinearer Spin-Texturen auf fcc(110)-Oberflächen mit dem Ziel, Antiskyrmionen zu realisieren, die sich aus Grenzflächeneffekten in ultradünnen Filmen ergeben. Die Strategie, die angewendet wird, beinhaltet die Verwendung von Substraten mit C2v-Symmetrie, was eine geringere Symmetrie als die bisher verwendeten typischen (C3v und C4v) ist. Hier führt die reduzierte Symmetrie zu einer anisotropen Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung (DMI). Es wurde vorausgesagt, dass das Aufbrechen der Rotationssymmetrie der DMI-Vektoren aufgrund der durch das anisotrope DMI eingeführten Multichiralität zur Bildung von Antiskyrmionen führt. Darüber hinaus werden wir die Adsorption der molekularen Deckschicht (H, O oder Graphen) nutzen, um die magnetischen Wechselwirkungen (DMI und Austausch), die das Antiskyrmion stabilisieren, fein abzustimmen. Über die Beobachtung von Antiskyrmion hinaus wird ein besonderer Schwerpunkt darauf gelegt, den Ursprung und die treibenden Kräfte hinter seiner Bildung zu verstehen. Die Aufgabe, die damit verbundenen Wechselwirkungen zu verstehen, wird in enger Zusammenarbeit mit dem FZ-Jülich (S. Blügel) durchgeführt. Dieser Vorschlag konzentriert sich auf die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie (STM), die die vollständige Charakterisierung nicht kollinearer Spintexturen bis auf atomare Ebene ermöglicht. Diese Messungen werden bei niedrigen Temperaturen von 400 mK - 30 K und unter einem Vektormagnetfeld bis zu 2 T und bis zu 9 T (außerhalb der Ebene) durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2137: Skyrmionics: Topologische Spin-Phänomene im Realraum für Anwendungen