3D-Magnetfeld-Experiment an BESSY II bringt Spintronik voran
Dieses ptychografische Phasenbild der magnetischen Texturen wurde bei einem äußeren Magnetfeld senkrecht zur Probenebene aufgenommen. Es zeigt ein Streifenmuster sowie im obersten Bereich der Probe eine Reihe Skyrmionen. © HZB
Auch mikromagnetische Simulationen zeigen, dass schon ein kleines Magnetfeld in der Ebene der Magnetstreifen das Streifenmuster verändern kann. © HZB
(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.
Die Gruppe um Dr. Florin Radu hat FNPP-Proben mit weicher Röntgenstrahlung und Ptychographie an BESSY II untersucht. Dabei wurden die magnetischen Texturen erfasst, während die Probe einem äußeren Magnetfeld in bestimmten Raumrichtungen ausgesetzt war. Dafür steht an BESSY II ein weltweit einzigartiges Instrument bereit, das vom Team um Radu selbst entwickelt wurde: Der Vektormagnet VEKMAG kann in allen drei Raumrichtungen ein Magnetfeld von bis zu 1T erzeugen.
„Wir konnten beobachten, dass sich die Magnetstreifendomänen durch ein äußeres Magnetfeld steuern lassen, wenn es nicht senkrecht, sondern parallel zu diesen Mustern angelegt wird“, sagt Dr. Viktor Ukleev, Erstautor der Studie. „Das Überraschende war: Schon ein sehr kleines Feld von nur 10 Millitesla genügt, um eine chirale Streifenkonfiguration zu einer achiralen Fächerkonfiguration zu verändern.“
Modellierungen können dieses Verhalten gut erklären: Im FNPP konkurrieren unterschiedliche magnetische Wechselwirkungen miteinander, was im Ergebnis zu den komplexen magnetischen Texturen führt. Während eine dieser Wechselwirkung nahezu isotrop ist, besitzt eine andere wichtige Wechselwirkung eine Vorzugsrichtung. „Wir haben nun in unseren Experimenten einen konkreten Mechanismus identifiziert, durch den ein schwaches B-Feld in der Ebene ein Gleichgewicht zwischen diesen Wechselwirkungen bewirkt und damit den Streifenzustand verändert“, sagt Ukleev.
Das Material FNPP eignet sich damit als Modellsystem, um Spintexturen von außen zu kontrollieren. Die hier gewonnenen Ergebnisse bringen die Entwicklung von funktionellen magnetischen Materialien für die Spintronik voran.
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