Spintronik: Röntgenmikroskopie an BESSY II kann Domänenwände unterscheiden
Die beiden oberen Reihen zeigen den erwarteten magnetischen Bildkontrast für Skyrmionen vom Bloch- und Néel-Typ bei Verwendung von zirkular, linear horizontal (LH) und linear vertikal (LV) polarisierter Röntgenstrahlung. Die Ergebnisse der experimentellen Raster-Transmissions-Röntgenmikroskopie (STXM) sind in der unteren Reihe dargestellt, sie entsprechen der Simulation der Skyrmionen vom Néel-Typ. © HZB
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 nun 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.
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 (RE-TM) 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.
Spinstrukturen an BESSY II bestimmen
Eine Klasse von ferrimagnetischen Legierungen besitzt eine stärkere senkrechte magnetische Anisotropie, dazu gehört auch eine Verbindung aus Dysprosium (Dy) und Kobalt (Co). Diese Materialien könnten Informationen deutlich stabiler abspeichern, allerdings sind ihre magnetischen Eigenschaften und Strukturen bisher kaum untersucht worden. Ein Team unter der Leitung von Dr. Florin Radu hat nun DyCo3-Proben mit röntgenmikroskopischen Methoden an BESSY II analysiert und die Spinstrukturen bestimmt.
Dazu nutzten sie 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. Dies ist ein wichtiger Schritt in Richtung der Anwendung dieser interessanten Materialklasse für echte spintronische Bauelemente.
- 3D-Magnetfeld-Experiment an BESSY II bringt Spintronik voran(Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P oder kurz FNPP ist ein magnetisches Material, das auch schon bei Raumtemperatur komplexe magnetische Strukturen zeigt. Das macht das Material für die Spintronik interessant, die Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieeinsatz ermöglichen würde, zum Beispiel neuartige Datenspeicher. Allerdings müsste es dafür gelingen, die gewünschten Strukturen kontrolliert zu erzeugen und zu verändern, und das ist bisher noch eine Herausforderung. Eine neue Studie unter Federführung des HZB ist hier nun einen Schritt vorangekommen. Mit einem weltweit einzigartigen Instrument, dem VEKMAG an BESSY II, zeigten sie, dass ein sehr kleines äußeres Magnetfeld in der Ebene der Strukturen ausreicht, um diese zu verändern.
- Grüner Wasserstoff: Ultradünne Nickeloxidschichten erweisen sich als überlegenUltradünne Nickeloxid-Beschichtungen können die Leistung von Wasserelektrolyseuren mit Anionenaustauschmembran (AEM) deutlich verbessern. Dies hat ein Team um Dr. Michelle Browne nachgewiesen: Eine nur 10 Nanometer dicke Nickeloxidschicht übertrifft dabei die Leistung von herkömmlichen Nickeloxid-Pulverelektroden, benötigt dabei jedoch weniger als 1 % des Katalysatormaterials. Die Studie ist im „Journal of Materials Chemistry A“ veröffentlicht.
- Erstmals gesicherte Zahlen: Investitionen in BESSY lohnen sich für Berlin und DeutschlandEine Wirkungsanalyse des DIW Econ zeigt den wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wert von BESSY II. Jeder investierte Euro bringt Deutschland drei Euro ein, dem Land Berlin sogar zehn Euro. Darüber hinaus gibt die Studie eine wirtschaftliche Prognose zum Bau von BESSY III.
Die Wirkungsanalyse wurde am 3. September 2026 an Dr. Henry Marx, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung im Berliner Senat übergeben. Er befürwortet Investitionen und setzt sich mit Nachdruck für BESSY III ein.