Nichtkollineare antiferromagnetische Materialien, die ein Nettomagnetmoment von nahezu Null besitzen, jedoch erhebliche anomale Quertransporteigenschaften zeigen, gelten als Kandidatenmaterialien für die nächste Generation spintronischer Geräte.
Die magnetische Domänenstruktur dieser Materialien ist für die Informationsspeicherung von entscheidender Bedeutung. Die Abbildung magnetischer Domänen für nichtkollineare antiferromagnetische Materialien wie Mn3Sn und Mn3Ge war in diesem Forschungsbereich jedoch schon immer eine große Herausforderung.
Dem Team von Prof. Dazhi Hou von der University of Science and Technology of China ist es in Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Yanfeng Guo von der ShanghaiTech University gelungen, mithilfe des anomalen Ettingshausen-Effekts und der Lock-in-Thermografie (LIT) eine magnetische Domänenabbildung von Mn3Sn und Mn3Ge durchzuführen. Sie haben die Überlegenheit dieser innovativen Methode bei der gleichzeitigen Auflösung der magnetischen Domänenstruktur sowohl in der Ebene als auch außerhalb der Ebene nachgewiesen.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Nationale Wissenschaftsüberprüfung unter dem Titel „Infrarotbildgebung magnetischer Oktupoldomänen in nichtkollinearen Antiferromagneten.“
In dieser Studie hat das Forschungsteam erstmals den anomalen Ettingshausen-Effekt von Mn3Sn mithilfe der Lock-in-Thermografie systematisch charakterisiert und dabei erstmals den anomalen Ettingshausen-Koeffizienten experimentell bestimmt. Dabei hat das Team festgestellt, dass dieser Wert mit dem in der Literatur angegebenen anomalen Nernst-Koeffizienten übereinstimmt, der wiederum mit der Bridgman-Beziehung vereinbar ist.
Das Team nutzte außerdem die Beziehung zwischen Temperaturgradienten und magnetischen Oktupolmomenten, um die magnetische Domänenstruktur einer entmagnetisierten Mn3Sn-Probe erfolgreich abzubilden. Dabei zeigten sich deutlich drei unterschiedliche magnetische Domänenbereiche. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden kann dieser innovative Ansatz gleichzeitig die in der Ebene und außerhalb der Ebene liegenden magnetischen Domänen des Materials beobachten und bietet so eine neue Perspektive für die eingehende Untersuchung der dreidimensionalen Dynamik magnetischer Domänen.
Mit dieser neuen Methode konnte das Forschungsteam nicht nur die Veränderungen in der magnetischen Domänenstruktur von Mn3Sn und Mn3Ge während des Ummagnetisierungsprozesses beobachten, sondern auch die dreidimensionale Rotation der magnetischen Oktupolmomente im Memory-Effekt von Mn3Sn aufdecken.
Diese Fortschritte haben wichtige Erkenntnisse zur Entschlüsselung des Verhaltens magnetischer Domänen in nichtkollinearen Antiferromagneten erbracht, was für die Entwicklung magnetischer Speichergeräte von entscheidender Bedeutung ist.
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Peng Wang et al, Infrarot-Bildgebung magnetischer Oktupoldomänen in nichtkollinearen Antiferromagneten, Nationale Wissenschaftsüberprüfung (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad308