Überraschung in der Magnetwelt - wissenschaft.de
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Überraschung in der Magnetwelt

Spanische Forscher haben die Magnetisierung winzig dünner Schichten des Ferromagneten Kobalt mit bisher unerreichter Genauigkeit untersucht. Überraschenderweise änderte sich die Richtung der Magnetisierung des Films, als dessen ursprüngliche Dicke von nur einer Atomebene auf drei Lagen anwuchs. Ein genaues Verständnis des magnetischen Verhaltens derart dünner Schichten könnte in Zukunft bei der Herstellung winziger Magnetspeicher helfen, hoffen Experten.

Juan de la Figuera und sein Forscherteam von der Autonomen Universität in Madrid stellten für ihre Studie zunächst eine einatomige Schicht aus Kobaltatomen auf einer Rutheniumoberfläche her. Dazu benutzten die Wissenschaftler eine Methode, bei der die Atome mit einem Strahl auf die Oberfläche aufgebracht wurden. Da die Kobaltquelle zusätzlich direkt in ein Elektronenmikroskop eingebaut war, ließ sich der Wachstumsvorgang in Echtzeit beobachten.

Auf diese Weise konnten die Forscher eine treppenartige Struktur herstellen, die aus Regionen mit Filmdicken von einer, zwei sowie drei Atomlagen bestand. Die Magnetisierung dieser Regionen ließ sich dann durch Abtasten der Oberfläche mit einem Strahl aus Elektronen bestimmen, deren Spins alle in die gleiche Richtung ausgerichtet waren. Bislang wurde ein solcher spinpolarisierter Elektronenstrahl noch nicht auf derartig genau charakterisierte Filme angewendet.

Das Ergebnis der Studie ist überraschend: Die Magnetisierungsrichtung der drei Regionen unterschiedlicher Dicke waren verschieden. De la Figuera zu Folge änderte sich die Richtung der Magnetisierung sprunghaft um jeweils 90 Grad, als der Film von einer auf zwei beziehungsweise drei Atomebenen anwuchs. Genauer gesagt waren die ein- sowie die dreiatomigen Schichten in der Ebene parallel zu der zugrunde liegenden Rutheniumoberfläche polarisiert, die zweiatomige Schicht hingegen senkrecht dazu.

Die Forscher glauben, dass sich dieses Ergebnis durch die unterschiedliche Struktur von Kristallen aus Kobalt und Ruthenium erklären lässt. Dies führt dazu, dass die dünnen Kobaltfilme einer mechanischen Spannung ausgesetzt sind, die von ihrer Dicke abhängt. Eine genaue theoretische Untersuchung dieses Phänomens konnte die Sprünge der Magnetisierung dann auch tatsächlich bestätigen.

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Physical Review Letters, Band 96, Artikel 147202 Stefan Maier
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