Laserschreiben von magnetischen Wirbeln

Nanoskalige magnetische Wirbel, sogenannte Skyrmionen, gelten als mögliche Kandidaten für zukünftige Magnetspeicher. In der PTB konnte nun die lokale Erzeugung und Vernichtung von Skyrmionen mittels Laserstrahlung nachgewiesen werden, was perspektivisch das kontrollierte Schreiben und Löschen der Skyrmionen zur Datenspeicherung ermöglicht.

Skyrmionen sind mikroskopische kleine Magnetwirbel, die nicht nur für die Grundlagenforschung von Interesse sind, sondern die aufgrund ihrer geringen Größe und hohen Stabilität auch für den Einsatz in Magnetspeichern in Frage kommen könnten. Sie treten beispielsweise in FeCoSi-Kristallen in einer Phase mit definiertem Temperatur- und Magnetfeldstärkebereich auf (siehe Bild a). Bisherige Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass der Existenzbereich von Skyrmionen vergrößert werden kann, wenn sich das System nicht im thermischen Gleichgewicht, sondern in einem metastabilen Zustand befindet (Bild a) unten).

In der PTB wurde nun diese Eigenschaft genutzt, um Skyrmionen mit gepulster Laserstrahlung zu erzeugen und zu vernichten (Bild b). So wird die Probe bei tiefen Temperaturen durch Anregung mit einem Laserpuls lokal aus dem Gleichgewichtszustand in den metastabilen Zustand überführt, in dem die Skyrmionen auftreten. Auch der umgekehrte Prozess, bei dem die Skyrmionen im Fokusbereich des Laserstrahls vernichtet werden, ist möglich. Der Nachweis des Übergangs erfolgte dabei durch Messung charakteristischen Magnetisierungsdynamik unter Laseranregung. Die Ergebnisse belegen außerdem die für technologische Anwendungen wichtige Stabilität des optischen Schreibverfahren.

Bild: a) Magnetisches Phasendiagramm von FeCoSi im thermischen Gleichgewicht und im metastabilen Zustand. b) Schematische Darstellung des lokalen Laserschreibens und -löschens von Skyrmionen.

Ansprechperson:

Jantje Kalin

Fachbereich 2.5 „Halbleiterphysik und Magnetismus"

jantje.kalin@ptb.de