Kurzfassung
Antiferromagnetische Spin-Texturen entwickeln sich rasant zu vielver-sprechenden Bausteinen für zukünftige spintronische Bauelemente. Ihre inhärente Freiheit von Streufeldern, die Robustheit gegenüber äußeren Störungen und die ultraschnelle Spin-Dynamik im Terahertz-Bereich machen sie besonders attraktiv für hochdichte, energieeffiziente Speichertechnologien wie das Racetrack-Memory. Insbesondere die Möglichkeit, Domänenwände und topologische Spin-Texturen in Anti-ferromagneten gezielt zu erzeugen und zu manipulieren, eröffnet neue Perspektiven zur Informationsspeicherung und -übertragung mit bis-lang unerreichter Geschwindigkeit. Über ihre mögliche Anwendung in Bauelementen hinaus bieten antiferromagnetische Systeme ein reich-haltiges Spektrum topologischer Phänomene, einschließlich emergenter orbitaler Magnetisierung und exotischer Hall-Effekte. Sie bilden damit ein fruchtbares Umfeld für grundlegende Forschung an der Schnittstelle von Topologie, Spintronik und Materialdesign.
In dieser Arbeit wird ein Modellsystem aus wenigen atomaren Schichten Mangan (Mn) auf dem hexagonalen Gitter von Ir(111) mit-tels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie (SP-STM) im Hinblick auf antiferromagnetische Spin-Texturen und Domänenwände unter-sucht. Durch das gezielte Einbringen lokaler Spannungen mittels eingeschlossener Argonblasen konnte die kontrollierte Nukleation und Ausbreitung von Domänenwandnetzwerken demonstriert werden. Die Elemente dieser Netzwerke insbesondere magnetische Dreifach-Domänenwände und Hexa-Verzweigungen – wurden bis auf atomare Skalen untersucht.
Eine systematische Untersuchung der doppelten, dreifachen und vier-fachen Mangan-Schichten auf Ir(111) zeigt eine starke Korrelation zwischen struktureller Relaxation und magnetischem Verhalten. Ins-besondere beeinflussen spannungsbedingte Rekonstruktionsmuster in der Dreifach- und Vierfachschicht die Orientierung benachbarter mag-netischer Domänenwände signifikant. Die Doppelschicht zeigt einen zeilenweisen antiferromagnetischen (10) Zustand, wobei auch Multi-Q-Zustände wie 20 und 30 in den Domänenwänden beobachtet wurden .
Über alle Schichten hinweg wurden strukturell chirale Domänenwände des Systems widerspiegeln. Besonders hervorzuheben ist eine lat-identifiziert, die die durch Symmetriebrechung bedingten Eigenschaften erale Verschiebung der Doppelschicht relativ zur Monoschicht, die und eine durch den RW-AFM-Zustand hervorgerufene Symmetriere-auf eine verstärkte zwischenchichtliche antiferromagnetische Kopplung duktion zurückgeführt werden kann.
Darüber hinaus wird das Auftreten eines nicht-trivialen topologischen 3Q-Zustands berichtet, der sich in der Doppelschicht als lokalisierte Spin-Texturen und in den dickeren Schichten als ausgedehnte mag-netische Domänen und Domänenwände manifestiert. Eine kollabo-rative Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Analyse zeigt ein damit verbun-denes topologisches orbitales Moment in der Doppelschicht von Man-gan auf Ir(111).
Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven zur Integration antifer-romagnetischer Texturen in zukünftige Bauelementarchitekturen. Die Möglichkeit, Domänenwände in Antiferromagneten durch lokal in-duzierte Spannungen zu erzeugen, zeigt einen vielversprechenden Weg zur spannungsbasierten Kontrolle magnetischer Zustände mit potenziellen Anwendungen in ultraschneller Domänenwanddynamik. Darüber hinaus bildet das Auftreten des topologischen 3Q-Zustands und seines assoziierten orbitalen Moments die Grundlage für Transport-experimente und numerische Studien zu exotischen Hall-Effekten - ein-schließlich des kürzlich vorgeschlagenen topologischen orbitalen Hall-Effekts. Insgesamt liefert diese Arbeit eine Grundlage für zukünftige ex-perimentelle und theoretische Untersuchungen topologisch getriebener Spin-Phänomene in antiferromagnetischen Systemen.
Antiferromagnetic spin textures are rapidly emerging as key building blocks for next-generation spintronic devices. Their inherent lack of stray fields, robustness against external perturbations, and ultra-fast spin dynamics in the terahertz regime make them especially attractive for high-density, low-power memory technologies such as racetrack mem-ory. Beyond their potential for device applications, antiferromagnetic systems also host a rich landscape of topological phenomena, includ-ing emergent orbital magnetism and exotic Hall effects, offering a fertile ground for fundamental research at the intersection of topology, spin-tronics, and materials design. In this thesis, a model type system of a few atomic layers of Manganese (Mn) deposited on a hexagonal lattice of Ir(111) has been investigated with spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM) for anti-ferromagnetic spin textures and domain walls. By introducing localized strain via embedded argon bubbles, magnetic imaging of domain wall networks has been shown. The elements of the domain wall networks, i.e. triple magnetic domain wall junctions and hexa-junctions have been studied down to the atomic scale. A systematic study of the double, triple, and quadruple Manganese lay-ers on Ir(111), reveals a strong correlation between structural relaxation and magnetic behavior. In particular, stress-relief-induced reconstruc-tion patterns in the triple and quadruple layers significantly influence the orientation of surrounding magnetic domain walls. The double layer has been characterized to have the row-wise antiferromagnetic (1Q) state. Moreover, multi-Q states such as the 2Q and 3Q have also been observed in the different layers, suggesting the presence of higher-order exchange. Across all the layers, structurally chiral domain wall junctions have been observed, which reflect the broken symmetries inherent to the system. Notably, a lateral shift of the double layer relative to the monolayer has been observed. This has been attributed to an enhanced inter-layer anti-ferromagnetic coupling and symmetry reduction arising from the onset of the row-wise antiferromagnetic (RW-AFM) order. Furthermore, the thesis reports the presence of the non-trivial topologi-cal 3Q state, appearing as localized spin textures in the double layer and as extended magnetic domains and domain walls in the thicker layers. A collaborative density functional theory (DFT) analysis reveals a topo-logical orbital moment associated with the 3Q state in the double layer of Manganese on Ir(111). These findings open new pathways for incorporating antiferromagnetic textures into future device architectures. The ability to induce domain walls in an antiferromagnet through localized strain highlights a viable route for strain-engineered control of magnetic states, with potential im-plications for ultra-fast domain wall dynamics. Moreover, the emer-gence of the topological 3Q state and its associated orbital moment lays the groundwork for transport experiments and computational studies exploring exotic Hall effects - including the recently proposed topolog-ical orbital Hall effect. Together, this work offers a foundation for both experimental and theoretical investigations into topologically driven spin phenomena in antiferromagnetic systems.