Kurzfassung
Magnetische Skyrmionen sind nicht-kollineare Spin-Anordnungen mit einer axialen Symmetrie und einem festen Drehsinn wie z.B. in [1–22] beschrieben. Dieser Drehsinn hat eine Topologie zur Folge, welche zu einer erhöhten Stabilität von Skyrmionen gegenüber externen Störungen führt. Durch diese Eigenschaft eignen sich Skyrmionen für die zukünftige Verwendung in spintronischen Bauteilen, z.B. [10, 19, 23–25]. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit wird die elektronische Struktur isolierter magnetischer Skyrmionen in PdFe/Ir(111) mit Hilfe der nicht–spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie untersucht, sowie die Wechselwirkung von Skyrmionen mit nativen Defekten innerhalb der Pd-Lage und Co Adatomen und Co Clustern auf der Pd-Lage studiert [9, 26]. Im ersten Teil wird die Variation der lokalen Vakuumzustandsdichte von magnetischen Momenten in einer kollinearen (Ferromagnet) und einer nicht-kollinearen
(Skyrmionzentrum) Umgebung untersucht. Ein neuer magnetoresistiver Effekt, genannt nicht-kollinearer Magnetowiderstand (NCMR), wird beschrieben [26]. Dieser Effekt erlaubt eine Detektion von komplexen nicht-kollinearen Spinstrukturen ohne die Verwendung von spinpolarisierten Elektroden, ähnlich dem tunnelanisotropen Magnetowiderstand (TAMR) [27]. Der zweite Teil beschreibt eine qualitative Machbarkeitsstudie über dieWechselwirkung von Skyrmionen mit Defekten in und Co Atomen und Clustern auf der Pd-Lage. Das kontrollierte Schreiben und Löschen einzelner Skyrmionen sowie die kontrollierte Bewegung eines isolierten Skyrmions mit Hilfe eines Clusters und der STM-Spitze wird gezeigt [9]. Diese Studie stellt einen wichtigen Schritt in Richtung technischer Anwendung magnetischer Skyrmionen dar.
Magnetic skyrmions are non-collinear spin arrangements with an axial symmetry and a fixed rotational sense as e.g. described in [1–22]. This fixed rotational sense implies a topology leading to an elevated stability of skyrmions against external perturbations which qualifies skyrmions as potential candidates for the application in spintronic devices as e.g. described in [10, 19, 23–25]. In this work, the electronic structure of isolated magnetic skyrmions in PdFe/Ir(111) is investigated by means of non–spin-polarized scanning tunneling microscopy and spectroscopy, and the interaction of skyrmions with native in-layer defects, Co adatoms and Co clusters is studied [9, 26]. In the first part, the significant difference between the vacuum local density of states measured on a collinear (ferromagnetic) and a non-collinear magnetic environment (skyrmion center) is investigated. A new type of magnetoresistive effect called non-collinear magnetoresistance (NCMR) is described [26]. This effect allows the detection of a complex non-collinear spin structure without the necessity of spin-polarized electrodes similar to a change by the tunneling anisotropic magnetoresistance effect, but much larger in magnitude [27]. In the second part, a proof-of-principle type study on the interaction of skyrmions with in-layer defects, Co adatoms and Co clusters on top of the surface is performed. The controlled writing and deleting of individual skyrmions is demonstrated as well as the movement of an isolated skyrmion which is induced by moving a cluster with the tip of a scanning tunneling microscope [9]. This study demonstrates an important step towards an application of skyrmions in future devices.