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Keyword: Magnetismus

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10.11.2020 - Gestapelte magnetische Schichten liefern Ansatz für energiesparende Datenübertragung und -verarbeitung.

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Magnete: Schlüsselmaterialien für die Energiewende

23.10.2020 - Neue Kooperation erforscht das Design von effizienten Hart- und Weichmagneten.

Forschung

Nanowirbel mit besonderer Eigenschaft

24.09.2020 - Erstmals antiferromagnetische Skyrmionen erzeugt.

Kirsten von Bergmann
10 / 2020 Seite 30
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Knoten in der Magnetisierung

Magnetische Skyrmionen sind spezielle Konfigura­tionen in der magnetischen Struktur. Ihre besonderen physikalischen Eigenschaften versprechen zukünftige Anwendungen in der Spintronik und Datenverar­beitung. Skyrmionen können in verschiedenen Größen und ­Materialien vorkommen. Trotz der Vielfalt entstehen sie alle aufgrund der Konkurrenz weniger magnetischer Wechsel­wirkungen. Auch die fundamentalen physikalischen Eigenschaften hängen großteils nicht von ihrer Größe und der Materialart ab. Daher unter­suchen weltweit viele Forschungsgruppen magnetische­ Skyrmionen.

Ein Skyrmion ist eine teilchenartige magnetische Struktur (Abb. 1). In seinem Zentrum ist die Magnetisierung immer entgegengesetzt zur Magnetisierung in seiner Umgebung, dem ferromagnetischen Hintergrund. Der Übergang, also die 180°-Drehung der Magnetisierung vom Zentrum nach außen, erfolgt schrittweise und mit einheitlichem Drehsinn, in den Abbildungen ist dies der Uhrzeigersinn. Dadurch enthält ein Skyrmion immer atomare magnetische Momente in allen Raumrichtungen. Wo ein solches zweidimensionales Skyrmion aufhört, ist nicht ganz klar. Aus praktischen Gründen wird häufig der Bereich innerhalb der in der Ebene liegenden Magnetisierung genommen. In Abb. 1 markieren dann die weißen Ringe den Durchmesser der Skyrmionen, auch wenn sie tatsächlich etwas größer sind.

Ein Skyrmion entspricht einem Knoten in der Spintextur. Damit unterscheidet sich seine Topologie von der eines unverknoteten Ferromagneten. Ein bekanntes, anschauliches Beispiel für solch einen topologischen Knoten ist das Möbius-Band, das nicht durch kontinuierliche Verformung in ein Band ohne Verdrehung umzuwandeln ist. Auch ein Skyrmion kann nicht durch eine Verdrehung der atomaren magnetischen Momente in einen Ferro­magneten übergehen. Um ein Skyrmion zu erzeugen oder zu vernichten, muss der Knoten diskontinuierlich geknüpft oder aufgebrochen werden. Da ein solcher Übergang eine hohe Energiebarriere haben kann, ist häufig die Rede von einem topologischen Schutz, der Skyrmionen stabilisiert. Alle Spins eines Skyrmions lassen sich auf eine Einheits­kugel projizieren (Abb. 1, Mitte). Da sie dadurch genau einmal umhüllt wird, ist der Betrag der topologischen Ladung für ein Skyrmion 1. Wird die Richtung jedes atomaren magnetischen Moments invertiert, entsteht ein Skyrmion mit dem gleichen Drehsinn, aber dem umgekehrten Vorzeichen der topologischen Ladung. (...)

 

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