Probing non-collinear spin textures using variable temperature magnetic force microscopy

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Arten nicht-kollinearer Spin-Texturen in Kristallen und dünnen Filmen drei nicht-zentralsymmetrischer Verbindungen mit Magnetkraftmikroskopie bei variabler Temperatur untersucht. Zunächst werden die Eigenschaften von Antiskyrmionen in einkristallinen Lamellen der Heusler-Verbindung Mn1.4PtSn untersucht, die eine Kristallstruktur mit D2d-Symmetrie aufweist. Eine wesentliche Entdeckung dieser Arbeit war die extreme Abstimmbarkeit der Größe des Antiskyrmions und der Periode des helikalen Zustands, wenn die Dicke der Lamelle erhöht wird. Zweitens werden Spintexturen in epitaktisch gewachsenen dünnen Filmen der Heusler-Verbindung, Mn2RhSn, untersucht, die ebenfalls D2d-Symmetrie aufweist. Diese Arbeit ebnet den Weg zur Realisierung skyrmionischer Bauelementen auf Grundlage von Heusler-Dünnschichten. Drittens wurden Néel-Skyrmionen in der einkristallinen Lamelle der Verbindung PtMnGa entdeckt, von der wir gezeigt haben, dass sie eine nicht-zentralsymmetrische Kristallstruktur aufweist. Diese Verbindung ist das erste metallische System, in dem Néel-Skyrmionen beobachtet wurden.

In this thesis, various kinds of non-collinear spin textures are investigated in bulk crystals and thin films of three non-centrosymmetric compounds using variable temperature magnetic force microscopy. First, the properties of antiskyrmions are studied in single-crystalline lamellae of the Heusler compound Mn1.4PtSn that has a crystal structure with D2d symmetry. A major discovery of this work was the extreme tunability of the size of the antiskyrmion and the period of the helical state as the thickness of the lamella is increased. Secondly, spin textures are explored in epitaxially grown thin films of another Heusler compound, Mn2RhSn, that also has D2d symmetry. This work paves the way to the realization of Heusler thin films based skyrmionic devices. Thirdly, Néel skyrmions are discovered in the single crystalline lamella of the compound PtMnGa which we showed has a non-centrosymmetric crystal structure. This compound is the first metallic system in which Néel skyrmions have ever been observed.