„Teufelstreppe“ in einem Spin-Ventil-System

Materialien mit komplexen magnetischen Strukturen gelten als interes­sante Kandidaten für Anwendungen in der “Spintronik”, deren Ziel es ist, mit weitaus weniger Energie­einsatz Daten zu verarbeiten oder zu speichern. Ein bekanntes Beispiel ist das „Spin-Ventil“, bei dem die Strom­stärke, die durch das Element durchge­lassen wird, empfindlich von der Anordnung der magne­tischen Spins abhängt. In künstlichen Schicht­systemen können diese Anord­nungen durch äußere magnetische Felder kontrol­liert werden, was zu dem Riesen­magneto­wider­stand-Effekt (Giant Magneto­resis­tance, GMR) führt.

Während klassische GMR-Systeme aus metallischen Schichten bestehen, die künstlich über­einander gewachsen werden, bieten oxidische Materi­alien eine interessante Alter­native: Denn hier können sich Schicht­strukturen mit alter­nierenden magnetischen Konfigu­rationen intrinsisch einstellen,. So weisen Kobaltoxide komplexe magnetische Ordnungen auf, die sich mit steigendem Feld verändern und sich zum Beispiel als Plateaus in der Magne­tisierungs­kurve zeigen.

Ein japanisches Team um Professor Hiroki Wadati von der Universität Tokio, hat nun die magne­tischen Strukturen in SrCo₆O₁₁ am Hochfeld-Diffrak­tometer von BESSY-II charakte­risiert. Wie häufig bei der Synthese neuer Materialien, mussten sie mit winzigen Einkris­tallen arbeiten, die Durch­messer von gerade mal 0,2 Milli­metern besaßen. Durch die extrem empfind­liche Methode der reso­nanten Röntgen­streuung, eine Spezia­lität der Instrumen­tierung an der UE46_PGM1 Beamline von BESSY-II, gelang es ihnen jedoch, an diesen Proben, die mit bloßem Auge kaum sichtbar sind, eine hoch­interes­sante Beob­achtung zu machen. Sie entdeckten eine „Teufels­treppe” in der Spin-Anordnung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn sich durch einen äußeren Parameter, hier ein magne­tisches Feld, unzählig viele kommen­surable Über­strukturen einstellen lassen. Dies geht weit über ein einfaches Spin-Ventil hinaus und könnte neue Anwen­dungen in der Spintronik ermöglichen.

An der Forschungsarbeit waren auch ein Team vom Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden und vom Helmholtz-Zentrum Berlin beteiligt.

HZB / OD