Nanomagnetismus, elektronische Struktur & Oberflächen

Nichtkollinearer Magnetismus

Im Gegensatz zu ferro- oder antiferromagnetischen Strukturen kann sich in einer nichtkollinearen magnetischen Struktur die Magnetisierungsrichtung von Atom zu Atom um einen beliebigen Winkel ändern. Aufgrund topologischer Frustrationen können sich solche Strukuren auf einem Dreiecksgitter bilden. Das Bild zeigt einen periodischen Néelzustand in dem koplanare Spins Winkel von 120o; zwischen nächsten Nachbaratomen bilden. Die in Rot gezeigte Einheitszelle enthält drei Atome, die Gesamtmagnetisierung in der Einheitszelle ist null. In diesem Bild liegen die Spins in der Oberflächenebne, die Orientierung zwischen Spin und Gitter ist durch die Spin-Bahn- Wechselwirkung festgelegt.

(P.Kurz, G. Bihlmayer, S.Blügel).

Spin-Bahn Wechselwirkung und magnetokristalline Anisotropie

Ohne den relativistischen Effekt der Spin-Bahn- Wechselwirkung wäre magnetische Datenspeicherung nicht möglich. Er bestimmt die Orientierung des Spins zum Kristallgitter, die magnetokristalline Anisotropie. Die Stärke dieses Effekts bestimmt die Speicherdichte auf einem magnetischen Speichermedium. Daher ist es von fundamentaler Bedeutung neue Materialien mit großer magnetokristalliner Anisotropie zu finden; das theoretische Verständnis der Materialabhängigkeit wird duch ausgedehnte ab-initio Berechnungen erhalten. Das Bild zeigt eine Pt(111)- Stufenkante die mit einem Co-Atom dekoriert ist. Der gebildete Co-Draht ist ein Beispiel für ein niedrigdimensionales magnetisches System das eine stark anisotrope Magnetisierung senkrecht zur Substratebene besitzt.

(X.Nie, A. Shick, G. Bihlmayer, S.Blügel).

Elektrische Felder an Oberflächen

In vielen experimentellen Methoden (wie in der Rastertunnelmikroskopie) wirkt ein elektrisches Feld auf die Oberfläche. Man kann auf einer ab-initio (quantenmechanischen) Grundlage untersuchen, wie die elektronische Struktur der Oberfläche oder Grenzfläche (z.B. in einem Tunnelkontakt) durch dieses Feld verändet wird. Die Abbildung zeigt die Abschirmungsladung die in einer Xe-bedeckten Ag(001)-Oberfläche durch ein Feld induziert wird. Man sieht, dass die Abschirmung noch an der Metalloberfäche wirkt und nicht nur am Platz des Adsorbats; das Adsorbatatom wird polarisiert.

(S.Clarke, M. Weinert, S. Blügel).

Magnetische Oberflächen mit spin-polarisiertem RTM

Das Bild zeigt die direkte Beobachtung einer zweidimensionalen antiferromagnetischen Struktur einer Monolage eines magnetischen Films mittels spin-polarisierter Rastertunnelmikroskopie (SP-RTM). Alle Atome der Monolage (rot und grün) sind chemisch identisch (Mn) und unterscheiden sich nur in der Ausrichtung ihres magnetischen Moments. Benutzt man eine magnetische RTM-Spitze ist es möglich, ein SP-RTM Bild (das Höhenprofil der nebenstehenden Abbildung) aufzunehmen, das eine Sorte von magnetischen Atomen (rot) als Hügel, die andere als Täler (grün) zeigt, d.h. man erhält ein direktes Abbild der magnetischen Ordnung auf atomarer Skala innerhalb des magnetischen Films.

(S. Heinze, D. Wortmann, S. Blügel).