Skyrmionen – kleine Magnetwirbel mit großem Potenzial

Nanometergroße magnetische Skyrmionen in begrenzten Geometrien sicher erzeugen und manipulieren

Aachen/Jülich. Magnetische Skyrmionen zeichnen sich durch ihre geringe Größe und ihre hohe Beweglichkeit im Schwachstrombereich aus. Dies und ihre besondere Struktur, die magnetische Information sicher speichern kann, prädestiniert sie für einen Einsatz in der Datenspeicherung der Zukunft. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich ist es gemeinsam mit nationalen und internationalen Kollegen nun gelungen, die Bildung von Skyrmionen in begrenzten geometrischen Strukturen systematisch zu untersuchen und eine Karte zu erstellen, die zeigt, wie sich Skyrmionen gezielt in verschiedenen Größen und Formen erzeugen lassen. Die untersuchten Stellgrößen sind Temperatur, Breite der Materialschicht und magnetische Feldstärke.

Skyrmionen sind bis zu rund 100 Nanometer große Wirbel in magnetischen Materialien. Bereits seit einigen Jahren sind sie von besonderem Interesse für die Datenspeicherung. Für einen solchen Einsatz ist das sichere Erzeugen und Manipulieren magnetischer Skyrmionen Grundvoraussetzung. Jülicher Experten des Peter Grünberg Instituts, des Institute for Advanced Simulation sowie des Ernst Ruska-Centrums für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, unter Beteiligung zweier JARA-FIT-Mitglieder, haben nun Experimente an einer keilförmigen Probe aus Eisen-Germanium-Kristallen (FeGe) durchgeführt, um die optimalen Bedingungen für die Bildung der winzigen Wirbel zu erhalten.

Mittels einer Kombination aus Elektronenstrahl-Holographie und Bildrekonstruktion konnten die Forscher eine Karte der Magnetinduktion der Skyrmionen erstellen. Die Untersuchungen zeigten, dass sich magnetische Skyrmionen in den untersuchten 45 bis 150 Nanometer breiten FeGe-Keilen wie elastische Teilchen in Größe und Form zu einem gewissen Grad an ihre Umgebung anpassen. Aus den Ergebnissen ließ sich ein Phasendiagramm erstellen, mit dessen Hilfe die geeignetsten Bedingungen für magnetische Skyrmionen ersichtlich sind.

Datenspeicher der Zukunft
Herkömmliche HDD-Festplatten werden zukünftig an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen. Grund hierfür ist, dass nicht nur die Größe exponentiell mit der gespeicherten Datenmenge ansteigt, sondern sich auch der Stromverbrauch stetig erhöht. Magnetische Skyrmionen haben das Potenzial in nicht-flüchtigen Race-Track-Speichern diese Probleme zu lösen. Nur Nanometer groß versprechen sie eine Reduzierung der Größe bei gleichzeitig höherem Speicherplatz. Dabei fungieren die magnetischen Skyrmionen als Datenträger, die sich für Lese- und Schreibvorgänge schnell an einem ferromagnetischen Streifen entlang bewegen. Die hohe Beweglichkeit ist darüber hinaus auch im Schwachstrombereich vorhanden, wodurch der Energieverbrauch von Speichermedien reduziert wird.

Weitere Informationen unter: http://www.nature.com/nphys/journal/v13/n7/full/nphys4200.html?WT.feed_name=subjects_materials-science
Original Veröffentlichung:
https://www.nature.com/articles/ncomms15569?WT.feed_name=subjects_spintronics

Kontakt:
Sabine Prall
Pressereferentin
Jülich Aachen Research Alliance (JARA)
Tel.:     02461 61 96421
Fax:     02461 61 1816
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