Einfache Erkennung von magnetischen Skyrmionen | 2020

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Anonim

Vor über 25 Jahren wurden stabile Wirbel in magnetischen Materialien vorhergesagt, aber die experimentelle Realisierung wurde erst kürzlich erreicht. Die Entdeckung solcher Skyrmionen in dünnen magnetischen Filmen und Mehrfachschichten, die bereits in der heutigen Technologie verwendet werden, und die Möglichkeit, diese Skyrmionen mit sehr geringen elektrischen Stromdichten zu bewegen, hat die Perspektive eröffnet, sie als Bits in neuartigen Datenspeichern zu verwenden.

Bisher wurden einzelne Magnetwirbel entweder elektronenmikroskopisch oder durch die Widerstandsänderung in einem Tunnelkontakt mit einer Magnetsonde nachgewiesen. Mit einem Rastertunnelmikroskop konnten Forscher der Universität Hamburg nun nachweisen, dass sich der Widerstand auch ändert, wenn ein nichtmagnetisches Metall in einer solchen Messung verwendet wird. "In unserem Experiment können wir eine metallische Spitze mit atomarer Präzision über eine Oberfläche bewegen und auf diese Weise den Widerstand in einem Skyrmion an verschiedenen Positionen messen", sagt Christian Hanneken, Doktorand in der Gruppe von Prof. Roland Wiesendanger . Dies ermöglicht den Beweis für den lokal variierenden Widerstand innerhalb des magnetischen Wirbels. "Wir haben eine Widerstandsänderung von bis zu 100% festgestellt, die ein einfaches Nachweisschema für Skyrmionen ermöglicht", erklärt Dr. Kirsten von Bergmann.

In Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern der Universität Kiel gelang es den Forschern, den Ursprung der Widerstandsänderung im magnetischen Wirbel zu identifizieren: Sie ist auf das Verkanten der Atommagnete von einem Atom zum nächsten zurückzuführen. Je größer der Winkel zwischen den benachbarten Atommagneten ist, desto stärker ändert sich der elektrische Widerstand. "Elektronen haben einen Spin und interagieren damit mit magnetischen Strukturen", sagt Prof. Stefan Heinze von der Universität Kiel. Wenn sich die Elektronen durch einen magnetischen Wirbel bewegen, spüren sie das Verkanten zwischen den Atommagneten, was zu einer lokalen Widerstandsänderung des Materials führt. "Wir haben diesen Effekt durch umfangreiche numerische Computersimulationen der elektronischen Eigenschaften verstanden und ein einfaches Modell für diesen Effekt entwickelt", erklärt der Doktorand Fabian Otte.

In zukünftigen Anwendungen könnte dieser neu entdeckte Effekt genutzt werden, um auf einfache Weise skyrmionische Bits auszulesen. Die Möglichkeit, beliebige metallische Elektroden zu verwenden, vereinfacht die Herstellung und den Betrieb solcher neuartiger Speichervorrichtungen erheblich.