Spintronik mit Antiferromagneten

Im aufstre­benden Feld der Spin-basierten Elek­tronik wird Information üblicher­weise durch die Ausrichtung der Magne­tisierung von ferro­magnetischen Materialien gespeichert. Zusätzlich wird jedoch auch daran geforscht, Antiferro­magnete zu nutzen. Wissen­schaftlern des Instituts für Physik der Johannes Guten­berg-Univer­sität Mainz ist nun ein wesent­licher Fortschritt gelungen: Sie konnten an dünnen Schichten einer bereits bei hohen Tempera­turen antiferro­magnetisch ordnenden metal­lischen Verbindung aus Mangan und Gold (Mn₂Au) ein strom­induziertes Schalten des Néel-Vektors experi­mentell nach­weisen.

Antiferro­magnete sind Materialien ohne makro­skopische Magne­tisierung, aber mit mikro­skopisch wechselnder Aus­richtung ihrer magne­tischen Momente. Hierbei wird die Infor­mation durch die Richtung der Modu­lation der magne­tischen Momente gespeichert, ausge­drückt durch den Néel-Vektor. Antiferro­magnete ermög­lichen prinzi­piell deutlich schnellere Schreib­vorgänge und sind sehr stabil gegenüber externen Stör­feldern. Aller­dings bedeuten diese Vorteile auch, dass sowohl die Mani­pulation als auch das Auslesen der Orien­tierung des Néel-Vektors eine große Heraus­forderung darstellen. Dies konnte bisher sonst nur für die halb­metallische Verbindung Kupfermangan­arsenid erreicht werden, die jedoch im Hinblick auf etwaige Anwen­dungen diverse Nachteile aufweist.

Die Physiker beobach­teten bei der Mangan-Gold-Verbindung sogar einen zehnfach größerer Magneto­widerstand als bei CuMnAs. Entsprechende Berech­nungen hat Libor Šmejkal erstellt, der im Rahmen einer Kolla­boration mit der Akademie der Wissen­schaften der Tschechischen Republik seine Promotion in der Arbeits­gruppe Sinova an der JGU durchführt. „Diese Berech­nungen sind wichtig zum Verständnis der experi­mentellen Arbeiten, die mein Dok­torand Stanislav Bodnar vornimmt. Dadurch könnte Mn₂Au zu einem Tür­öffner für zukünf­tige antiferro­magnetische Spin-Elektronik werden“, erklärt Martin Jourdan, der Projektleiter der Studie. „Über ihren großen Magneto­widerstand hinaus ist ein entscheidender Vorteil dieser Verbindung, dass sie keine toxischen Kompo­nenten enthält und auch bei höheren Tempera­turen genutzt werden kann.“

JGU Mainz / JOL