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Neues EMPIR Projekt TOPS sorgt für Wirbel

19.11.2018

Im Rahmen des neuen EMPIR TOPS Projekts werden winzige magnetische Wirbel erforscht, sogenannte magnetische Skyrmionen. Das von der PTB koordinierte Projekt soll durch die Entwicklung von metrologischen Messmethoden zu Innovationen in der magnetischen Speicherung beitragen und den Weg für neue Quantennormale ebnen.

 

 

Spätestens seit dem Physiknobelpreis 2016 ist das mathematische Konzept der Topologie fest mit der theoretischen und experimentellen Festkörperphysik verknüpft. So lassen sich Quantenzustände nur kontinuierlich ineinander umwandeln, wenn sie topologisch äquivalent sind. Hingegen muss eine Energiebarriere überwunden werden, um nicht topologisch äquivalente Quantenzustände ineinander zu überführen. Man spricht dann von topologisch geschützten Zuständen.


Auch die winzigen Wirbel in magnetischen Strukturen, die im Rahmen des neuen Forschungsprojekts "TOPS" im Rahmen des Europäischen Metrologieforschungsprogramms EMPIR unter Leitung der PTB untersucht werden, sind topologisch geschützt. Diese sogenannten magnetischen Skyrmionen sind seit ihrem experimentellen Nachweis im Jahre 2009 ein intensiv untersuchter Forschungsgegenstand. Ein Grund dafür ist, dass Skyrmionen als mögliche Kandidaten für besonders platz- und energiesparende Datenspeicher gelten, da sie sich im Vergleich zu heutigen magnetischen Speichermethoden mit sehr geringen elektrischen Strömen erzeugen und manipulieren lassen und gleichzeitig sehr klein sind. Darüber hinaus könnten Skyrmionen möglicherweise als Grundlage neuartiger elektrischer Quantennormale genutzt werden.


Trotz intensiver Forschungsbemühungen fehlen für diese neuen magnetischen Materialien bislang jedoch zuverlässige Charakterisierungsmethoden, die die Grundlage jeder weiteren Materialentwicklung bilden.
Seit Juni 2018 hat es sich die PTB daher mit Partnern aus Metrologieinstituten, Wissenschaft und Industrie im Rahmen des TOPS-Projekts zur Aufgabe gemacht, die bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnisse über Skyrmionen durch die Entwicklung zuverlässiger Messtechnik zu unterstützen und so den Weg zu zukünftigen Anwendungen dieser neuen magnetischen Materialien zu ebnen.