Binäre Information dargestellt durch chirale Spin-Texturen

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Albrecht
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507821284

Herkömmliche “racetrack“-Datenspeicher, auf denen die Informationen durch das Vorhandensein oder Fehlen eines Skyrmions codiert werden, erfordern spezielle Pinning-Strukturen, zwischen denen eine Kette von Skyrmionen bewegt werden kann. Dies erhöht jedoch die Stromdichte, die zum Transport der Informationen benötigt wird und führt zu einer unannehmbar hohen Fehlerrate der Dateninformation. Der hier verfolgte Ansatz repräsentiert die Binärzustände mit unterschiedlichen topologisch geschützten Spin-Texturen und erfordert keine Pinning-Strukturen, um eine stabile Kette von Skyrmionen zu erzeugen, damit lässt sich die bereits erwähnte Datenfehlerrate deutlich reduzieren. In diesem gemeinsamen Forschungsprojekt stützen wir uns auf (i) röhrenförmige und unvollständige Skyrmionen (künstliche “Bobber“), bei denen wir ferro-/ferrimagnetische Multischichtsysteme verwenden, und auf (ii) kürzlich entdeckte Gd/Fe/Ir-Multischichten, die die Koexistenz von Skyrmionen und Antiskyrmionen ermöglichen. Stabilisiert werden letztere ausschließlich durch dipolare Wechselwirkungen.Für die kontrollierte lokale Erzeugung dieser unterschiedlichen Spin-Texturen werden die magnetischen Eigenschaften des Systems entweder durch Variation des Schichtaufbaus oder mittels lokaler Ionenbestrahlung geändert. Unter Verwendung von Lorentz-Transmissionselektronenmikroskopie und hochauflösender Magnetkraftmikroskopie können die unterschiedlichen Spin-Texturen charakterisiert und ihre Bewegung unter elektrischen Strompulsen, die entweder ein Drehmoment auf Grund von Spin-Bahn Kopplung oder durch Spintransfer induzieren, untersucht werden.Die Existenz und Stabilität verschiedener topologisch geschützter magnetischer Spin-Texturen in den hier hergestellten magnetischen Multischichtsystemen werden durch mikromagnetische Simulationen analysiert, die eine selbstkonsistente Lösung der mikromagnetischen Gleichungen und der Spin-Drift-Diffusionsgleichung ermöglichen. Die Stabilität der Strukturen wird aus den Energiebarrieren und Versuchsfrequenzen abgeleitet, die sich aus atomistischen Modellen berechnet lassen, welche auf der String-Methode basieren. Die Rückkopplung zwischen Experiment und Simulation ermöglicht es Vorhersagen über die spintronischen Eigenschaften von unterschiedlichen Funktionsschichten zu treffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Hans-Josef Hug; Professor Dr. Dieter Suess