Es ist bekannt, dass die Wände magnetischer Domänen eine Quelle elektrischen Widerstands darstellen, da es für Transportelektronenspins schwierig ist, ihrer magnetischen Struktur zu folgen. Dieses Phänomen birgt Potenzial für die Nutzung in spintronischen Geräten, bei denen der elektrische Widerstand je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Domänenwand variieren kann.
Eine besonders interessante Materialklasse sind Halbmetalle wie La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO), die eine vollständige Spinpolarisation aufweisen, was ihre Nutzung in spintronischen Geräten ermöglicht. Dennoch blieb der Widerstand einer einzelnen Domänenwand in Halbmetallen unbekannt. Jetzt hat ein Team aus Spanien, Frankreich und Deutschland eine einzelne Domänenwand auf einem LSMO-Nanodraht erzeugt und Widerstandsänderungen gemessen, die 20-mal größer sind als bei einem normalen Ferromagneten wie Kobalt.
Die magnetische Domänentextur, die magnetischen Domänenwänden innewohnt, birgt Potenzial für spintronische Anwendungen. Der elektrische Widerstand in Ferromagneten hängt davon ab, ob Domänenwände vorhanden sind oder nicht. Dieser binäre Effekt (bekannt als Domänenwand-Magnetowiderstand) könnte zur Kodierung von Informationen in spintronischen Speichergeräten genutzt werden.
Ihre Nutzung wird jedoch durch die bei normalen Ferromagneten beobachteten geringen Widerstandsänderungen behindert. Von besonderem Interesse sind Manganit-Perowskite wie LSMO. Diese Verbindungen weisen nur einen Spintyp (vollständige Spinpolarisation) auf, der möglicherweise zu Magnetowiderstandseffekten an der Domänenwand führen könnte, die groß genug sind, um in einer neuen Generation spintronischer Sensoren und Injektoren genutzt zu werden.
Trotz dieser vielversprechenden Perspektive bestehen große Diskrepanzen bei den gemeldeten Werten des Domänenwand-Magnetowiderstands für dieses System. Die Wissenschaftler aus Spanien, Frankreich und Deutschland haben auf Nanodrähten basierende Geräte hergestellt, die die Keimbildung einzelner magnetischer Domänenwände ermöglichen. Magnettransportmessungen in diesen Geräten zeigen, dass das Vorhandensein einer Domänenwand zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands um bis zu 12 % führt. In absoluten Zahlen ist die beobachtete Widerstandsänderung 20-mal größer als die für Kobalt berichtete.
Diese Arbeit ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit, die Filmwachstum und Nanofabrikation, Transportmessungen, Kontaktmikroskopie (MFM)-Bildgebung, theoretische Simulationen und den Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungstechniken wie Röntgen-Photoemissions-Elektronenmikroskopie umfasst. Die Kombination einer Vielzahl unterschiedlicher Techniken ermöglicht eine umfassende, facettenreiche Sicht auf ein komplexes Problem, die es ermöglicht, neue Erkenntnisse zu einer viel diskutierten offenen Frage zu gewinnen.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.
Mehr Informationen:
Gloria Orfila et al., Großer Magnetowiderstand isolierter Domänenwände in LSMO-Nanodrähten, Fortgeschrittene Werkstoffe (2023). DOI: 10.1002/adma.202211176