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Magneto-Seebeck Mikroskopie

30.03.2021

Bei der Rastersondenmikroskopie (RKM) werden Bilder von Oberflächen erzeugt, indem eine Spitze über die Oberfläche bewegt wird. Die Forschung an RKM zielt darauf ab, geeignete Spitzen und physikalische Interaktionsmechanismen zu finden, die bestimmte Oberflächeneigenschaften aufdecken. Eine wichtige und bewährte Methode zur Abbildung der magnetischen Ordnung ferromagnetischer Oberflächen ist die Magnetkraftmikroskopie auf Basis der magnetischen Dipolwechselwirkung. Die antiferromagnetische Ordnung ist eine der Oberflächeneigenschaften, die bisher aufgrund des Fehlens einer magnetischen Dipolwechselwirkung mit magnetischen Spitzen schwierig abzubilden waren.

Zur Messung der antiferromagnetischen Ordnung mittels RKM wurde ein neuartiger Kontrast­mechanismus eingeführt, bei dem der Magneto-Seebeck-Effekt mit lokalen Wärmegradienten kombiniert wurde. Hier wird der Wärmegradient erzeugt, wenn eine metallbeschichtete RKM-Spitze mit einem Infrarotlaser interagiert und ein optisches Nahfeld am Ende der Spitze induziert. Gleichzeitig wird die Spannung VT über der Probe aufgezeichnet. Die antiferromagnetische Ordnung ist durch die Bildung von Domänen gekennzeichnet, die eine bestimmte magnetische Orientierung und einen von der Magnetisierungsrichtung abhängigen Magneto-Seebeck-Koeffizienten besitzen. Wenn die Spitze über einen Bereich bewegt wird, in dem eine Domäne ihre Ausrichtung ändert, wird eine charakteristische Änderung der Spannung VT erzeugt. Auf diese Weise kann die Magneto-Seebeck-Mikroskopie die antiferromagnetische Ordnung charakterisieren.

Das Verfahren wurde kürzlich verwendet, um Domänen in einer 20 nm dicken antiferromagnetischen Schicht aus CuMnAs sowie deren Manipulation durch elektrische Stromimpulse abzubilden. Es wird ein wichtiges Instrument für zukünftige Untersuchungen zu den physikalischen Grundlagen neuartiger Schaltmechanismen im Rahmen des DFG-Projekts „Quench-switching of antiferromagnets explored with high spatial and temporal resolution“ (KA 2866/2-1) sein, welches gemeinsam mit den Universitäten Regensburg (Prof. Wunderlich) und Mainz (Prof. Sinova) durchgeführt wird. Solche Schaltmechanismen sind wichtige Bausteine im aufstrebenden Gebiet der antiferromagnetischen Spintronik.

Die Forschung wurde von einem Forschungsteam aus der Tschechischen Republik, Deutschland, Spanien und dem Vereinigten Königreich durchgeführt, an dem die Arbeitsgruppe 7.11 IR-Spektrometrie teilnahm.

Publikation:

T. Janda, J. Godinho, T. Ostatnicky, E. Pfitzner, G. Ulrich, A. Hoehl, S. Reimers, Z. Šobáň, T. Metzger, H. Reichlová, V. Novák, R. P. Campion, J. Heberle, P. Wadley, K. W. Edmonds, O. J. Amin, J. S. Chauhan, S. S. Dhesi, F. Maccherozzi, R. M. Otxoa, P. E. Roy, K. Olejník, P. Němec, T. Jungwirth, B. Kaestner, and J. Wunderlich, "Magneto-Seebeck microscopy of domain switching in collinear antiferromagnet CuMnAs,"
Phys. Rev. Mater. 4, 94413 (2020), Opens external link in new windowhttps://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.094413

Ansprechpartner:

B. Kästner, 7.11, E-Mail: Opens local program for sending emailBernd.Kaestner(at)ptb.de