Abbildung magnetischer Wirbelstrukturen auf der Nanoskala
09.03.2021 - Magnetometrie auf Basis von Farbzentren in Diamant und magnetooptische Bildgebung ergänzen sich.
Das genaue Verständnis von magnetischen Strukturen ist ein Herzstück der Festkörperphysik. Auf dem Gebiet werden zurzeit große Forschungsanstrengungen unternommen, um in Zukunft winzige magnetische Strukturen als Informationsträger in der Datenverarbeitung nutzen zu können. Forscher der Uni Mainz und des Helmholtz-Instituts Mainz haben jetzt eine neue Methode zur Untersuchung magnetischer Strukturen vorgestellt, bei der zwei Techniken kombiniert werden. Damit konnten sowohl die Magnetisierung der Probe als auch ihr Magnetfeld gemessen und abgebildet werden.
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Abb.: Diamant-Magnetometer mit Stickstoff-Fehlstellen werden mit grünem Laserlicht optisch initialisiert. (Bild: A. Wickenbrock, JGU)
„Wir haben in dieser Arbeit zwei Quantensensing-Techniken kombiniert, die bisher noch nicht gemeinsam auf eine Probe angewendet wurden,“, erklärt Till Lenz von der Uni Mainz. Eine bekannte Methode der Festkörperphysik nutzt den magnetooptischen Kerr-Effekt, um magnetische Domänen abzubilden und die Magnetisierung zu ermitteln. „Aber dadurch erhalten wir nur beschränkte Informationen“, so Lenz. Daher erfolgte die Kombination mit einem Magnetometrie-Verfahren auf Basis von Farbzentren in Diamant, um auch das Magnetfeld erfassen zu können. Die Forscher hoffen dadurch neue Erkenntnisse über Festkörperphysik und ferromagnetische Strukturen zu gewinnen.
Ein besonderer Defekt im Kristallgitter verleiht Diamant Eigenschaften, die für die Untersuchung magnetischer Strukturen nutzbar sind. Das Prinzip hat sich als vielseitig einsetzbares, hochsensitives Instrument für die nichtinvasive Untersuchung etabliert. Magnetometer auf Diamantbasis funktionieren bei sehr tiefen Temperaturen und ebenso über Raumtemperatur hinaus sowie bei kleinsten Entfernungen zwischen Probe und Sonde von nur wenigen Nanometern.
„Die Sonde auf Basis von Farbzentren in Diamant ist wesentlich sensitiver als konventionelle Methoden und liefert uns extrem gute Ergebnisse. Wir stellen dazu interessante Proben bereit, was einzigartige Kooperationsmöglichkeiten ergibt“, beschreibt Mathias Kläui von der Uni Mainz den Austausch zwischen den beiden Arbeitsgruppen. „In Kombination ermöglichen unsere beiden komplementären Messmethoden die komplette Rekonstruktion der magnetischen Eigenschaften der Probe.“
Die Kooperationspartner planen, die neue Technik künftig bei verschiedenen multidisziplinären Problemen anzuwenden, die für die jeweiligen Partner von Interesse sind. Dazu gehören die Untersuchung von zweidimensionalen magnetischen Materialien, magnetische Effekte molekularer Chiralität und die Hochtemperatur-Supraleitung.
JGU / RK
