Magnetische Wirbel auf engstem Raum
Stable states with three, six, and ten skyrmions enclosed in a triangle. The plot shows time-averaged skyrmion positions from experiment (top row) and corresponding computer simulations (bottom row).
Ill./©: Jan Rothörl, Chengkun Song
Beweglichkeit von Skyrmionen in geometrischen Strukturen hängt von ihrer Anordnung ab
Im Rahmen einer Zusammenarbeit von experimentellen und theoretischen Physikerinnen und Physikern aus den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Mathias Kläui und Dr. Peter Virnau an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wurde das Verhalten magnetischer Wirbel in nanoskaligen geometrischen Strukturen untersucht. In der im Fachjournal Advanced Functional Materials veröffentlichten Arbeit wurden magnetische Wirbel, sogenannte Skyrmionen, in geometrischen Strukturen eingesperrt.
Skyrmionen lassen sich in dünnen Metallfilmen erzeugen und besitzen teilchenähnliche Eigenschaften: Sie weisen eine hohe Stabilität auf und werden voneinander und von speziell präparierten Wänden abgestoßen. In der neuen Arbeit konnte in Experimenten und begleitenden Computersimulationen gezeigt werden, dass die Beweglichkeit der Skyrmionen innerhalb geometrischer Strukturen massiv von deren Anordnung abhängt. So sind beispielsweise in Dreiecken drei, sechs oder zehn Skyrmionen, die sich ähnlich wie Kegel beim Bowling anordnen, besonders stabil.
„Diese Untersuchungen legen Grundlagen für die Entwicklung neuartiger unkonventioneller Rechenmethoden und Speichermedien, die auf der Bewegung magnetischer Wirbel durch Gänge und Kammern basieren“, erklärt Mathias Kläui. Die Forschung wurde durch den Profilbereich Dynamics and Topology (TopDyn) gefördert, der 2019 als Kooperation der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der TU Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung Mainz gegründet wurde. Hierzu bemerkt Peter Virnau: „Diese Arbeit ist ein exzellentes Beispiel für das interdisziplinäre Zusammenwirken von Simulation und Experiment, das durch die Förderung von TopDyn erst ermöglicht wurde.“
Bildmaterial:
https://download.uni-mainz.de/presse/08_physik_komet_skyrmionen_anordnung.jpg
Stabile Zustände mit drei, sechs und zehn Skyrmionen, die in einem Dreieck eingeschlossen sind: Die Darstellung zeigt zeitgemittelte Skyrmionenpositionen aus dem Experiment (obere Reihe) und aus entsprechenden Computersimulationen (untere Reihe).
Abb./©: Jan Rothörl und Chengkun Song
Weiterführende Links:
https://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de – Kläui-Lab am Institut für Physik
https://www.komet1.physik.uni-mainz.de/ – Statistische Physik und Theorie der Weichen Materie am Institut für Physik
https://topdyn.uni-mainz.de/ – TopDyn – Dynamics and Topology
Lesen Sie mehr:
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/12071_DEU_HTML.php – Pressemitteilung „Magnetische Wirbel kristallisieren in zwei Dimensionen“ (09.09.2020)
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
PD Dr. Peter Virnau
Statistische Physik und Theorie der Weichen Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-20493
Fax +49 6131 39-20496
E-Mail: virnau@uni-mainz.de
https://www.komet1.physik.uni-mainz.de/people/peter-virnau/
Prof. Dr. Mathias Kläui
Physik der Kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23633
E-Mail: klaeui@uni-mainz.de
https://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/homepage-prof-dr-mathias-klaeui/
Originalpublikation:
Chengkun Song et al.
Commensurability between Element Symmetry and the Number of Skyrmions Governing Skyrmion Diffusion in Confined Geometries
Advanced Functional Materials, 28. Februar 2021
DOI: 10.1002/adfm.202010739
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010739
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