Faszination Technik Warum an winzigen Magnetwirbeln geforscht wird

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: die Entdeckung komplexer schnurförmiger Strukturen aus Skyrmionen, die neue Konzepte für die Informationsverarbeitung bieten könnten.

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Simulierte Modelle von jeweils sechs Skyrmionen bei unterschiedlichen Magnetfeldstärken.
Simulierte Modelle von jeweils sechs Skyrmionen bei unterschiedlichen Magnetfeldstärken.
(Bild: Forschungszentrum Jülich)

Skyrmionen sind winzige magnetische Wirbel. Sie besitzen das Potential, die Computertechnologie zu revolutionieren. Daten könnten sich mit ihrer Hilfe vielleicht in zehn oder 20 Jahren nicht nur platzsparender, sondern auch deutlich energieeffizienter speichern und verarbeiten lassen. Außerdem beeinflussen Skyrmionen die magnetoresistiven und thermodynamischen Eigenschaften eines Materials.

Vor rund zehn Jahren erstmals experimentell nachgewiesen, sind Skyrmionen seitdem Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Nun hat ein Team von Wissenschaftlern aus Deutschland, Schweden und China komplexe schnurförmige Strukturen aus Skyrmionen im Nanomaßstab in Legierungen aus Eisen und dem Halbmetall Germanium entdeckt.

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der sechs Skyrmionen, aufgenommen in einem dünnen Film.
Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der sechs Skyrmionen, aufgenommen in einem dünnen Film.
(Bild: Forschungszentrum Jülich)

Die Nanoschnüre bestehen nach Angaben des Forschungszentrums Jülich aus jeweils mehreren Skyrmionen, die mehr oder weniger stark miteinander verdrillt sind, wie die Stränge eines Taus. Skyrmionen wiederum bestehen aus magnetischen Momenten, die in unterschiedliche Richtungen zeigen und zusammen die Form eines langgezogenen winzigen Wirbels einnehmen. Jeder einzelne Skyrmionstrang hat weniger als einen Mikrometer Durchmesser. Die Länge der Magnetstrukturen wird nur durch die Dicke der Proben begrenzt; sie reichen von einer Oberfläche der Proben bis zur gegenüberliegenden, heißt es.

Frühere Untersuchungen anderer Wissenschaftler hatten ergeben, dass solche Fäden weitgehend linear, fast stabförmig, geformt sind. Doch die ultrahochauflösenden mikroskopischen Untersuchungen am Ernst Ruska-Centrum in Jülich und die theoretischen Untersuchungen am Jülicher Peter Grünberg Institut zeigten ein vielfältigeres Bild: Tatsächlich können die Fäden sich in verschiedenem Ausmaß miteinander verdrillen. Die komplexen Formen stabilisieren die Magnetstrukturen, so die Forscher. Das macht sie besonders interessant für neue Konzepte einer Informationsverarbeitung mit höherer Leistung und weniger Energieverbrauch.

Zur Originalpublikation in Nature Communications

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