29.08.2023 • Magnetismus

Spintronik: Röntgenmikroskopie an BESSY II kann Domänenwände unterscheiden

Wichtiger Schritt Richtung Anwendung ferrimagnetischer Legierungen für spintronische Bauelemente gelungen.

Magnetische Skyrmionen sind winzige Wirbel aus magnetischen Spin-Texturen. Im Prinzip könnten Materialien mit Skyrmionen als spintronische Bauelemente verwendet werden, zum Beispiel als sehr schnelle und energie­effiziente Datenspeicher. Doch im Moment ist es noch schwierig, Skyrmionen bei Raum­temperatur zu kontrollieren und zu manipulieren. Eine neue Studie an BESSY II analysiert die Bildung von Skyrmionen in einem besonders interes­santen Material in Echtzeit und mit hoher räumlicher Auflösung. Es handelt sich um ferri­magnetische Dünnschichten aus Dysprosium und Kobalt. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, den Skyrmionen­typ klar zu bestimmen.

Abb.: Simulation der Kontrast­bilder mit unter­schied­lich pola­ri­sierter...
Abb.: Simulation der Kontrast­bilder mit unter­schied­lich pola­ri­sierter Rönt­gen­strah­lung für Skyr­mi­onen vom Bloch- (oben) und Néel-Typ (Mitte). Die untere Zeile zeigt die Ergeb­nisse der Raster-Trans­mis­sions-Röntgen­mikro­skopie. Sie ent­sprechen dem Néel-Typ. (Bild: F. Radu, HZB; CC-BY-SA)

Isolierte magnetische Skyrmionen sind topologisch geschützte Spin-Texturen, die wegen ihrer möglichen Anwendungen in der Informations­techno­logie gerade intensiv untersucht werden. Besonders interessant sind Skyrmionen, die in ferri­magnetischen Seltenerd-Übergangs­metall-Materialien auftreten. Sie weisen abstimmbare ferro­magnetische Eigen­schaften mit anti­ferro­magnetisch gekoppelten Unter­gittern auf. Durch die Wahl der Elemente aus der Gruppe der Seltenen Erden und der Übergangs­metalle bieten sie eine Spielwiese für die Kontrolle der Magneti­sierung und der senkrechten magnetischen Anisotropie, beides Schlüssel­parameter für die Stabili­sierung topo­lo­gischer ferri­magnetischer Texturen.

Eine Klasse von ferri­magnetischen Legierungen besitzt eine stärkere senkrechte magnetische Anisotropie, dazu gehört auch eine Verbindung aus Dysprosium und Kobalt. Diese Materialien könnten Informationen deutlich stabiler abspeichern, allerdings sind ihre magnetischen Eigen­schaften und Strukturen bisher kaum untersucht worden. Ein Team unter der Leitung von Florin Radu hat jetzt DyCo3-Proben mit röntgen­mikro­skopischen Methoden an BESSY II analysiert und die Spin­strukturen bestimmt.

Dazu nutzten die Forscher die Raster-Trans­missions-Röntgen­mikro­skopie mit zirkular oder linear polari­siertem Röntgenlicht, um über röntgen­magnetische Effekte den Kontrast zwischen den Elementen zu steigern. „So konnten wir isolierte ferri­magnetische Skyrmionen in hoher Dichte direkt beobachten und ihren Domänen­wand­typ genau bestimmen", berichtet Radu.

Die Ergebnisse zeigen, dass die ferri­magnetischen Skyrmionen vom Néel-Typ sind und sich deutlich von den anderen Domänen­wänden, den Bloch-Wänden, unterscheiden lassen. Damit kann erstmals der Typ der Domänenwände durch Röntgen­unter­suchungen zuverlässig bestimmt werden. Das ist ein wichtiger Schritt in Richtung der Anwendung dieser interes­santen Material­klasse für echte spin­tronische Bau­elemente.

Weitere Infos

Weitere Beiträge

 

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen