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Dienstag, 21 Juli 2020 10:00

Röntgenstrahl erzeugt gezielt Nanowirbel in magnetischer Schicht

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Skyrmionen sind rund hundert Nanometer kleine dreidimensionale Strukturen, die in magnetischen Materialien vorkommen. Sie ähneln kleinen Spulen: atomare Spins, die sich in geschlossenen Wirbelstrukturen anordnen. Skyrmionen sind topologisch geschützt, d. h. in ihrer Form unveränderbar und gelten daher als energieeffiziente Datenspeicher.

Mithilfe weicher Röntgenstrahlen konnten deutsche Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart zusammen mit chinesischen Forschern erstmals einzelne Skyrmione in einer magnetischen Schicht kreieren. In zahlreichen Experimenten zeigten sie, dass ein gebündelter weicher Röntgenstrahl mit einem Durchmesser von weniger als fünfzig Nanometern einen Magnetwirbel von hundert Nanometern, der kleinsten möglichen Größe, hervorbringen kann. Durch einen resonanten Effekt können die Atome, die für den Magnetismus verantwortlich sind, direkt angeregt werden. Dank der Forschungsarbeit kann nun praktisch jedermann mit einem Röntgenstrahl verschiedenste Skyrmionen-Anordnungen in magnetischen Schichten schreiben.

Die Ergebnisse sind insbesondere für die Entwicklung und Herstellung spintronischer Datenträger relevant, die Informationen in Skyrmionen speichern. Sie gelten als sehr energieeffizient und wenig störanfällig. Doch nur, wenn Skyrmione präzise und passgenau geschrieben werden können, und das ist nun erstmals möglich geworden, kann diese Entwicklung ihren Lauf nehmen. Ziel ist es, dass Röntgenstrahlen in Zukunft als Werkzeug dienen, um die Anordnung magnetischer Strukturen zu bestimmen bzw. zu schreiben.

Um Skyrmione sichtbar zu machen, nutzen die Forscher das Rastertransmissions-Röntgenmikroskop „Maxymus“, ein hochauflösendes Röntgenmikroskop, angesiedelt am BESSY II, der Synchrotrostrahlungsquelle des Helmholtz-Zentrums Berlin in Adlershof. Das Mikroskop ist wie eine Kamera: Es verfolgt in Zeitlupenfilmen, wie sich die Struktur in Materialien auf der Größe nur weniger Nanometer ändert.

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