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FERROMAGNETIC RESONANCE AT THE ATOMIC SCALE

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Spintronik für Messungen an Einzelatomen

Der Elektronenspin bietet verschiedene Möglichkeiten, derzeitige technische Hürden bei der Miniaturisierung elektronischer Geräte zu überwinden. Hochempfindliche, mit Spineigenschaften korrelierte Spannungsmessungen ermöglichen dabei neue Mechanismen.

Gesundheit

Das mooresche Gesetz (eine 1965 gemachte Beobachtung, die noch immer aktuell ist) besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise mindestens alle zwei Jahre verdoppelt. Da hier jedoch offenbar Grenzen erreicht sind, wird nach neuen Wegen gesucht, immer mehr und leistungsfähigere Elektronik auf immer kleineren Geräten unterzubringen, und die Spintronik scheint dies möglich zu machen. Aber auch die Spintronik stößt offenbar schon an Grenzen – hinsichtlich des Wissens um spinabhängige Eigenschaften. Die Möglichkeiten der Miniaturisierung bewegen sich inzwischen im atomaren Bereich. So wurde ein hochsensibler Versuchsaufbau entwickelt, um die dynamischen magnetischen Eigenschaften mehrerer Atome in einer niederdimensionalen Geometrie zu untersuchen, und zwar im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Ferromagnetic resonance at the atomic scale" (ATOMICFMR). Schwerpunkt war die elektrische Detektion ferromagnetischer Resonanz (FMR) bei Nanostrukturen. FMR ist die Magnetisierungs-Präzession (Änderung der Orientierung des magnetischen Gesamtmoments), die durch ein hochfrequentes Magnetfeld induziert wird. FMR interagiert mit Spinströmen. So ist es nun möglich, FMR elektrisch auf Basis seiner Korrelation mit Gleichstrom (DC) zu messen. Die experimentellen Tools ermöglichen die FMR-Detektion bei kleinsten Nanostrukturen oder atomaren Schaltern mittels DC-Messung, um Resonanzeigenschaften eines einzelnen Atoms zu bestimmen. Mit dem frei zugänglichen Code MuMax2 für mikromagnetische Simulationen wurden Experimente und Modelle kombiniert. Demonstriert wurde die elektrische Detektion der Resonanz der Domänenwand (Grenzflächen zwischen magnetischen Domänen) in einer nanostrukturierten magnetischen Legierung (Permalloy). Modelle lieferten umfassende Daten zum Zusammenhang zwischen gemessener Spannung und den einzelnen Resonanzen. Die neuen Erkenntnisse ebnen den Weg für faszinierende Experimente, um den Zusammenhang zwischen Magnetisierungsdynamik, Elektrontransport und dynamischer Kopplung von zwei Nanostrukturen durch einen Nanokontakt zu untersuchen. Die Ergebnisse von ATOMICFMR sind ein wesentlicher Beitrag für das Forschungsfeld der niederdimensionalen Spintronik. Sie bilden die Grundlage für die Entwicklung neuer Geräte, um die Miniaturisierung voranzutreiben und die Spitzenposition der EU in einem aufstrebenden IT-Sektor zu stärken.

Schlüsselbegriffe

Spintronik, Atom, ferromagnetische Resonanz, atomare Auflösung, Permalloy

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