Magnetische Wirbel auf engstem Raum

Beweglichkeit von Skyrmionen in geometrischen Strukturen hängt von ihrer Anordnung ab

03.03.2021

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."