Die Rolle von Defekten bei der magneto-ionischen Kontrolle von Exchange-Bias-Dünnschichten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Arno Ehresmann; Professorin Dr.-Ing. Karin Leistner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499361641

Der Exchange Bias-Effekt spielt im modernen Dünnschichtmagnetismus eine wichtige Rolle. Er ermöglicht die gezielte Einstellung remanenter Zustände in ferromagnetischen Schichten in den Bereichen der Spintronik, Sensorik und für Lab-on-a-chip-Technologien. Durch das kontrollierte Einbringen von Defekten in Exchange Bias-Schichten über Ionenbeschuss können die magnetischen Anisotropien lokal modifiziert werden. Damit werden künstliche Domänenstrukturen mit maßgeschneiderten Streufeldlandschaften erzeugt, die beispielsweise in magnetophoretischen Bauelementen genutzt werden. Die Modifizierung über Ionenbeschuss ist allerdings irreversibel und kann damit nicht für schaltbare magnetische Anisotropien und Domänenstrukturen verwendet werden. Ein neuer Ansatz für elektrische schaltbare magnetische Eigenschaften ist das elektrochemische Beladen magnetischer Schichten in einem Elektrolyten. Dabei werden über potentialinduzierte Grenzflächenreaktionen (z.B. Oxidation) Ionen in das magnetische Material eingebracht, die in der Umkehrreaktion (z.B. Reduktion) wieder entfernt werden können. Die Kinetik dieser „magneto-ionischen“ Reaktionen ist durch die Diffusion der Ionen im Material limitiert. Obwohl ein großer Einfluss von Defekten auf den Ionentransport, und damit die Effizienz und Schnelligkeit magneto-ionischer Reaktionen erwartet wird, ist dies bisher kaum untersucht. Im Projekt sollen magneto-ionische Mechanismen mit defekt-modifizierten in-plane EB-Schichtsystemen kombiniert werden, und damit ein neuer Ansatz für (i) schaltbare künstliche magnetische Domänenstrukturen und (ii) die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeiten in magneto-ionischen Materialen erforscht werden. Dabei soll insbesondere der Einfluss von Korngrenzen und von über Helium- und Neon-Ionenbeschuss eingebrachten Defekten auf die der Magneto-ionik zugrundeliegenden elektrochemischen Reaktionen untersucht werden. Das fundamentale Verständnis der Rolle der Defekte bei magneto-ionischen Schaltprozessen wird neuartige Möglichkeiten für die Steuerung funktionaler Grenzflächen im Allgemeinen eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen