Quantenwirbel: Dreidimensionales Röntgenbild eines Skyrmions

Die wenige hundert Nanometer kleinen magnetischen Strudel gelten als viel versprechende Datenspeicher. Mit einer speziellen Aufnahmetechnik hat ein Forschungsteam nun ein Skyrmion durchleuchtet und ein Bild von dessen räumlicher Struktur angefertigt.

von Mike Zeitz

Bei dem untersuchten Skyrmion zeigt die Magnetisierung in der Mitte nach oben und dreht sich dann rundum nach unten. — © Berkeley Lab (Ausschnitt)

Wirbelnde Spins

Skyrmionen sind wenige hundert Nanometer kleine magnetische Strudel und könnten besonders robuste Datenspeicher ermöglichen. Nun ist einer Gruppe um den Materialwissenschaftler Peter Fischer vom Lawrence Berkeley National Laboratory ein Blick in die dreidimensionale Struktur eines Skyrmions gelungen. Mit Hilfe von Röntgenstrahlung kartierten die Fachleute, wie sich die einzelnen Spins – eine quantenphysikalische Art von Drehimpuls – in einem dünnen Plättchen zu einem Wirbel verdrehen.

Skyrmionen sind besonders robust, da sie sich in die Topologie des Materials einprägen, das heißt in dessen räumliche Struktur. In der Theorie lassen sie sich als zweidimensionale Objekte auf der Oberfläche beschreiben. Doch in realen Bauteilen erstrecken sich die Miniaturwirbel immer auch in die Tiefe. Wie genau, das hat das Team bei einer lediglich 800 Nanometer breiten und 95 Nanometer dicken Metallscheibe überprüft.

Das Plättchen bestand aus zahlreichen, jeweils nur einen Nanometer dünnen Metallschichten. Das hochauflösende Gesamtbild der Spins in den Schichten rekonstruierten die Fachleute im Computer aus zahlreichen Einzelaufnahmen, bei denen sie die Scheibe unter verschiedenen Winkeln mit Röntgenlicht bestrahlten. Solche Interaktionen eingehend zu verstehen und zu vermessen, könnte entscheidend für die Entwicklung neuartiger »spintronischer« Bauteile sein. Dabei basieren die kleinsten Informationseinheiten auf Spins statt auf den Ladungen von Elektronen.