Krümmungsinduzierte Effekte in magnetischen Nanostrukturen

Das Projekt “Krümmungsinduzierte Effekte in magnetischen Nanostrukturen“ konzentriert sich auf experimentellen und theoretischen Untersuchungen komplexer magnetischen Zustände und deren Dynamik in gekrümmten magnetischen Schalenstrukturen.

Materialien mit chiralen Wechselwirkungen stehen im Vordergrund aktueller Forschung zu kondensierter Materie. Krümmungseffekte in magnetischen dünnen Schichten erwiesen sich als eine praktikable Alternative zu den herkömmlichen Ansätzen zur Realisierung chiraler magnetischer Texturen, die auf der Abstimmung intrinsischer Materialeigenschaften basieren. Obwohl es zahlreiche ansprechende theoretische Vorhersagen für krümmungsinduzierte Effekte in 3D-Schalen gibt, ist die neuartige Physik von durch Wechselwirkung und Magnetostatik getriebenen Phänomenen im Nanomagnetismus noch nicht experimentell untersucht. Dies ist hauptsächlich auf das Fehlen geeigneter Charakterisierungswerkzeuge und Herstellungsverfahren zurückzuführen, die Zugang bieten zu komplexen Geometrien im unteren Mikrometer- und Sub-µm-Bereich, bspw. Tori, Möbius-Streifen und Kugelschalen.

Das Hauptziel dieses Projekts ist neue Wege bei der Herstellung dreidimensionaler gekrümmter magnetischer Schalen im unteren Mikrometer- und Sub-µm-Bereich auf Basis von Dünnschicht- und Direktschreib-Methoden weiterzuentwickeln und einzusetzen. Weiterhin werden wir die komplexen magnetischen Zustände charakterisieren und ihre Dynamik untersuchen, sowohl experimentell als auch theoretisch. Im Fokus stehen vor allem Objekte, die zuvor nicht realisiert wurden, darunter der Torus, das Möbius-Band und die Kugelschale. Diese neuen Architekturen werden anhand einer Vielzahl experimenteller Techniken hinsichtlich ihrer statischen und dynamischen Eigenschaften charakterisiert. Für letztere werden neue Methoden etabliert und angewendet, um die Magnetisierungsdynamik bspw. in besonders interessanten magnetischen biskuitrollen-artigen Strukturen zu untersuchen. Um die komplexen magnetischen Strukturen in diesen Architekturen zu verstehen, werden fortschrittliche mikromagnetische Simulationen mit mikromagnetischen Berechnungen auf Finite-Elemente-Basis durchgeführt. Dieses Projekt wird nicht nur unser Verständnis krümmungsinduzierter Effekte in kondensierter Materie vertiefen, sondern auch dazu beitragen, die entwickelten neuartigen theoretischen Konzepte und Vorschläge experimentell zu überprüfen. Auf diese Weise werden wir Einsicht erhalten, wie derartige Krümmungseffekte für die zukünftige Realisierung neuer magnetischer 3D-Bauelemente genutzt werden können.

Die vier Partnerteams dieses deutsch-österreichischen Kooperationsprojekts weisen ergänzenden Kompetenzen auf und haben nachgewiesene Erfolge exzellenter wissenschaftlichen Forschung. Die deutschen Teams werden von Denys Makarov und Attila Kákay vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und Michael Huth vom Physikalisches Institut, Goethe-Universität Frankfurt am Main geleitet. Das österreichische Team wird von Oleksandr Dobrovolskiy aus der Fakultät für Physik, Universität Wien geleitet.