Spintronik an BESSY II: Domänenwände in magnetischen Nanodrähten

Diese magnetempfindlichen Abbildungen entstanden am HZB: a) XAS-Bild des Nanodraht-Kreuzes. Röntgenstrahl und Magnetfeld sind entlang der (vertikalen) Richtung des Nanodrahtes ausgerichtet (grüner Pfeil). b-f) XMCD-Bilder des Kreuzes für verschiedene angelegte Felder.

Diese magnetempfindlichen Abbildungen entstanden am HZB: a) XAS-Bild des Nanodraht-Kreuzes. Röntgenstrahl und Magnetfeld sind entlang der (vertikalen) Richtung des Nanodrahtes ausgerichtet (grüner Pfeil). b-f) XMCD-Bilder des Kreuzes für verschiedene angelegte Felder. © HZB

Magnetische Domänenwände sorgen für elektrischen Widerstand, da es für Elektronenspins schwierig ist, ihrer magnetischen Struktur zu folgen. Dieses Phänomen könnte in spintronischen Bauelementen genutzt werden, bei denen der elektrische Widerstand je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Domänenwand variieren kann. Eine besonders interessante Materialklasse sind Halbmetalle wie La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO). Sie weisen vollständige Spinpolarisation auf. Allerdings war der Widerstand einer einzelnen Domänenwand in Halbmetallen bisher noch nicht bestimmt worden. Nun hat ein Team aus Spanien, Frankreich und Deutschland eine einzelne Domänenwand auf einem LSMO-Nanodraht erzeugt und Widerstandsänderungen gemessen, die 20mal größer sind als bei normalen Ferromagneten wie Kobalt.

 

Die magnetische Textur, die magnetischen Domänenwänden eigen ist, birgt Potenzial für spintronische Anwendungen. Der elektrische Widerstand in Ferromagneten hängt davon ab, ob Domänenwände vorhanden sind oder nicht. Dieser binäre Effekt (bekannt als Domänenwand-Magnetowiderstand) könnte zur Codierung von Informationen in spintronischen Speichergeräten genutzt werden. Ihre Nutzung wird jedoch durch die geringen Änderungen des Widerstands behindert, die bei normalen Ferromagneten beobachtet werden. Eine besonders interessante Klasse von Materialien sind Manganit-Perowskite wie La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO). Diese Verbindungen weisen nur eine Art von Spin auf (vollständige Spinpolarisation), was potenziell zu Domänenwand-Magnetowiderstandseffekten führen könnte, die groß genug sind, um in einer neuen Generation von spintronischen Sensoren und Injektoren genutzt zu werden.

Trotz dieser Perspektive gibt es große Diskrepanzen bei den berichteten Werten des Domänenwand-Magnetowiderstands für dieses System. Ein Team aus Spanien, Frankreich und Deutschland hat nun Bauelemente aus Nanodrähten hergestellt, die die Keimbildung einzelner magnetischer Domänenwände ermöglichen. Magnetotransportmessungen zeigen, dass das Vorhandensein einer Domänenwand zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands um bis zu 12 % führt. In absoluten Zahlen ist die beobachtete Widerstandsänderung 20mal größer als in einem normalen Ferromagneten wie Kobalt.

Diese Arbeit ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit, die Filmwachstum und Nanofabrikation, Transportmessungen, Kontaktmikroskopie (MFM), theoretische Simulationen und den Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungstechniken wie der Röntgen-Photoemissions-Elektronenmikroskopie umfasst. Die Kombination einer Vielzahl unterschiedlicher Techniken ermöglicht einen facettenreichen Blick auf ein komplexes Problem, der neue Einblicke in eine heftig diskutierte offene Frage ermöglicht hat.

Sergio Valencia

  • Link kopieren

Das könnte Sie auch interessieren

  • Grüner Wasserstoff: MXene steigert die Wirkung von Katalysatoren
    Science Highlight
    29.05.2025
    Grüner Wasserstoff: MXene steigert die Wirkung von Katalysatoren
    An den enorm großen inneren Oberflächen von MXenen können sich katalytisch aktive Partikel anheften. Mit diesem raffinierten Trick lässt sich ein preiswerter und viel effizienterer Katalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion realisieren, die bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff bislang als Engpass gilt. Dies hat eine internationale Forschergruppe um die HZB-Chemikerin Michelle Browne nun in einer aufwendigen Untersuchung nachgewiesen. Die Studie ist in Advanced Functional Materials veröffentlicht.
  • Gemeinsames Data & AI Center für Berlin geplant
    Nachricht
    27.05.2025
    Gemeinsames Data & AI Center für Berlin geplant
    Datengestützte Forschung ist entscheidend, um gesellschaftliche Herausforderungen zu bewältigen – sei es in der Gesundheits-, Material- oder Klimaforschung. Mit einem bislang einmaligen Schulterschluss wollen der Exzellenzverbund, das Max Delbrück Center und das Helmholtz-Zentrum Berlin gemeinsam mit dem Zuse-Institut Berlin ein leistungsstarkes Data & AI Center in der Hauptstadt aufbauen.

  • Industrial Research Fellow am HZB: Mehr Zeit für den Austausch
    Interview
    12.05.2025
    Industrial Research Fellow am HZB: Mehr Zeit für den Austausch
    Der südafrikanische Chemiker Denzil Moodley ist der erste Industrial Research Fellow am HZB. Er ist federführend am Projekt CARE-O-SENE beteiligt. Der Weg zu einem effizienten Katalysator für einen nachhaltigen Flugzeug-Treibstoff soll durch das Fellowship-Programm weiter beschleunigt werden. Im Interview berichtet er über das Projekt und darüber, warum es so entscheidend ist, dass Forschende aus Industrie und öffentlicher Forschung zusammen arbeiten.