Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lesen von magnetischen Skyrmionen leichtgemacht

06.10.2015

Neuer physikalischer Effekt: Forscher entdecken elektrische Widerstandsänderung durch magnetische Wirbelstrukturen

Derzeit werden kleinste magnetische Wirbel – sogenannte Skyrmionen – als vielversprechende Kandidaten für Bits in zukünftigen robusten und kompakten Datenspeichern diskutiert. Solche exotischen magnetischen Strukturen konnten in den letzten Jahren an der Universität Hamburg in ultradünnen magnetischen Schichten und Multilagensystemen nachgewiesen werden, wie sie bereits heute in Schreib-Lese-Köpfen von Festplatten und in magnetischen Sensoren genutzt werden.


Abbildung: Magnetische Wirbel mit einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern treten in einem dünnen Film aus Palladium und Eisen auf (unten, die Kegel repräsentieren einzelne Atome der Oberfläche und ihre Spitzen zeigen in die Richtung der atomaren Stabmagnete). Der Widerstand, gemessen mit einer metallischen Sonde direkt oberhalb der Oberfläche, ändert sich im Skyrmion verglichen mit der Umgebung (oben, experimentelle Daten entlang einer Schnittlinie durch ein Skyrmion, siehe Originalveröffentlichung). Die Widerstandsänderung erfolgt kontinuierlich, und hat den größten Wert, wenn die Verkippung zwischen benachbarten atomaren Stabmagneten am stärksten ist, in diesem Fall im Zentrum des Skyrmions.

(Bild: C. Hanneken, Universität Hamburg)

Zum Auslesen von Skyrmionen war allerdings bislang ein weiterer Magnet notwendig. Jetzt haben Forscher der Universität Hamburg und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel gezeigt, dass man Skyrmionen prinzipiell viel einfacher nachweisen kann, da sich in den magnetischen Wirbelstrukturen der elektrische Widerstand drastisch ändert. Für zukünftige Datenspeicherkonzepte verspricht dies eine enorme Vereinfachung in der Herstellung und Anwendung.

Stabile Wirbel in magnetischen Materialien (siehe Abbildung) sind bereits vor über 25 Jahren vorhergesagt worden, konnten aber erst vor wenigen Jahren experimentell nachgewiesen werden. Die Entdeckung solcher Skyrmionen in dünnen magnetischen Schichten und Multilagen, welche heutzutage in vielen technologischen Anwendungen bereits genutzt werden, und die Möglichkeit, diese Skyrmionen bereits mit geringen elektrischen Stromdichten zu bewegen, hat die Perspektive eröffnet, sie als Bits in neuartigen Datenspeichern zu verwenden.

Bislang wurden einzelne magnetische Wirbel entweder durch Elektronen-Mikroskopie oder durch Messung der Widerstandsänderung in einem Tunnelkontakt mit einer magnetischen Sonde nachgewiesen. Wissenschaftler der Universität Hamburg konnten nun mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops demonstrieren, dass sich der Widerstand auch dann ändert, wenn man bei der Messung ein nicht-magnetisches Metall verwendet.

„In unserem Experiment können wir eine metallische Spitze mit atomarer Präzision über eine Oberfläche bewegen, und so den Widerstand eines Skyrmions an unterschiedlichen Positionen vermessen“, so Christian Hanneken, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Roland Wiesendanger. Dadurch kann die ortsabhängige Widerstandsänderung im magnetischen Wirbel nachgewiesen werden. „Die beobachtete Widerstandsänderung kann bis zu 100 % betragen und erlaubt damit eine einfache Detektion von Skyrmionen“, wie Dr. Kirsten von Bergmann erläutert.

Zusammen mit theoretischen Physikern der Universität Kiel konnten die Forscher erklären, dass die Widerstandsänderung im magnetischen Wirbel aufgrund der Verkippung der atomaren Stabmagnete von einem Atom zum nächsten zustande kommt (siehe Abbildung). Je größer der Winkel zwischen den benachbarten Stabmagneten ist, desto stärker ändert sich der elektrische Widerstand. „Elektronen besitzen einen Spin, wodurch sie mit der magnetischen Struktur wechselwirken“, so Prof. Stefan Heinze von der Universität Kiel.

Wenn die Elektronen sich durch den magnetischen Wirbel bewegen, spüren sie die Verkippung zwischen den atomaren Stabmagneten, wodurch sich der Widerstand des Materials lokal ändert. „Diesen Effekt konnten wir mittels aufwendiger numerischer Computersimulationen der elektronischen Eigenschaften verstehen und ein einfaches Modell für die Widerstandsänderung entwickeln“, wie der Doktorand Fabian Otte erläutert.

In zukünftigen Anwendungen könnte dieser neu entdeckte Effekt genutzt werden, um die Skyrmionenbits auf einfache Weise auszulesen. Die Möglichkeit, beliebige metallische Elektroden verwenden zu können, erleichtert dabei die Herstellung und den Betrieb der neuartigen Speicherelemente erheblich.


Originalveröffentlichung:
Electrical detection of magnetic skyrmions by tunnelling non-collinear magnetoresistance,
Christian Hanneken, Fabian Otte, André Kubetzka, Bertrand Dupé, Niklas Romming, Kirsten von Bergmann, Roland Wiesendanger und Stefan Heinze, Nature Nanotechnology, Online-Veröffentlichung vom 05.10.2015,
DOI: 10.1038/nnano.2015.218.

Weitere Informationen:
Dr. Kirsten von Bergmann
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11A
20355 Hamburg
E-Mail: kbergman@physnet.uni-hamburg.de
Tel.: (0 40) 4 28 38 - 62 95

Weitere Informationen:

http://www.nanoscience.de
http://www.sfb668.de

Heiko Fuchs | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Fraunhofer IPT und Partner setzen Standards für Augmented-Reality-Anwendungen in der Produktion
04.08.2020 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Projekt Applikationszentrum V/AR stellt vergleichende Messung von VR-Trackingsystemen vor
04.08.2020 | Virtual Dimension Center Fellbach w. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics