Forschung im HLRN-Verbund 2011

201Abbildung 1: Konischer Spinspiralzustand einer Doppellage von Manganatomen auf der Wolframoberfläche. Dieobere Lage der Struktur wurde farbig dargestellt. Die magnetischen Momente rotieren in dieser Strukturvon Atom zu Atom mit einem konstanten Winkel um eine Achse senkrecht zu der Ausbreitungsrichtungder Spirale, die in die Bildebene läuft. Zusätzlich sind die Spins relativ zur Rotationsachseum den Öffnungswinkel verkippt. Die Einfärbung soll hierbei die betrachtete Komponente der Magnetisierungverdeutlichen. In diesem Fall bezeichnet grün die positive Ausrichtung des magnetischenMoments innerhalb der Filmebene, während rot die negative Ausrichtung darstellt. Die relative Orientierungsenkrecht zur Filmebene variiert ebenfalls farblich. Weiterhin sind die untere Manganlagesowie das Wolframsubstrat in der Abbildung in grau gezeigt.turen an Oberflächen wurden bereits einige weitereSysteme gefunden, in denen diese bislangvernachlässigte Wechselwirkung die magnetischeOrdnung bestimmt. Neben dem Auftreten vonSpinspiralen in ultra-dünnen Filmen [2][3] konntenwir kürzlich zeigen, dass magnetische Skyrmionengitterin solchen Systemen auftreten können[4]. Die Erforschung der DM-Wechselwirkung inNanomagneten an Oberflächen steht jedoch erstam Anfang und daher untersuchen wir in unseremProjekt, in welchen Materialsystemen sie auftritt,wie stark sie ist, wovon ihre Stärke abhängt undwelche Art von Spinstrukturen induziert wird. Dabeibetrachten wir auch die weitere Verringerungder Dimension des Systems von zweidimensionalenFilmen zu eindimensionalen atomaren Ketten,die seit einigen Jahren auch experimentell hergestelltund untersucht werden können.Kürzlich wurden in der Gruppe von Prof. Wiesendanger(Universität Hamburg) Messungen mittelsspinpolarisierter RTM an einer Doppellageaus Mangan-Atomen auf der (110)-Oberfläche vonWolfram durchgeführt, die überraschenderweiseein vollkommen anderes Resultat lieferten als dieMessungen an einer einzigen Manganlage aufder gleichen Oberfläche [2]. Mit Hilfe aufwändigerRechnungen, die am HLRN durchgeführt wordensind, konnten wir die vorliegende magnetischeStruktur enträtseln, den beobachteten Kontrast inden RTM-Bildern erklären und den mikroskopischenMechanismus hinter dieser Spinstruktur aufdecken.Bei der gefundenen magnetischen Strukturhandelt es sich um eine konische Spinspiralemit einem Öffnungswinkel von etwa 20 ◦ , die entlangder [001]-Richtung der Oberfläche läuft (s.Abb. 1). Interessanterweise zeigt sich, dass nebender DM-Wechselwirkung auch Austauschwechselwirkungenhöherer Ordnung von entscheidenderBedeutung sind. Für dieses System wurden sehrviele Rechnungen mit bis zu 210 Prozessoren fürjeweils etwa einen Tag benötigt.Mehr zum Thema1. M. Waśniowska, S. Schröder. P. Ferriani, S.Heinze: Real space observation of spin frustrationin Cr on a triangular lattice, Phys. Rev. B 82,012402 (2010).2. M. Bode et al.: Chiral magnetic order at surfacesdriven by inversion asymmetry, Nature 447,190-193 (2007).3. P. Ferriani et al.: Atomic-Scale Spin Spiral witha Unique Rotational Sense: Mn Monolayer onW(001), Phys. Rev. Lett. 101, 027201 (2008).4. S. Heinze et al.: Spontaneous atomic-scalemagnetic skyrmion lattice in two dimensions,submitted.FörderungUniversität Kiel; Das Projekt wird am HLRN mit biszu 2048 parallel genutzten CPU-Kernen gefördert.Physik