Magnetogalvanische Effekte in magnetischen Tunnelelementen: Experimente.

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Münzenberg; Professor Dr. Günter Reiss, seit 11/2015
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198020709

In der vergangenen Antragsphase der Spinat Schwerpunkts haben wir den Tunnelmagneto-Seebeck Effekt (TMS) in magnetischen Tunnelelementen nachgewiesen. Die Spinasymmetrie des thermischen Tunnelstroms führt zu einer magnetisierungsabhängigen Spannung. In magnetischen Tunnelelementen kann dieser thermische Strom auf die verschiedensten Bedürfnisse maßgeschneidert werden. Hier interessieren uns die folgenden Fragestellungen: Wie können der spinabhängige und der Magneto-Seebeckeffekt maximiert und vor allem kontrolliert werden? Wie ändert sich die Natur des Seebeckeffekts, wenn wir statt eines thermalisierten ein Nicht-Gleichgewichts-Elektronensystem untersuchen? In der kommenden Phase des SpinCaT Schwerpunkts wollen wir insbesondere extreme Temperaturgradienten betrachten. Dynamische Experimente mit Hilfe von optischer Femtosekundenanregung ermöglicht eine Erzeugung von Temperaturgradienten, die 10K über die Dicke einer Tunnelbarriere überschreiten. Außerdem versuchen wir Nicht-Gleichgewichtszustände zu erzeugen, das heißt weit weg von einer Fermi-Dirac-Verteilung. Diese extremen Gradienten können nicht nur eine dynamische Anregung, sondern sogar ein Schalten der Magnetisierung verursachen. Wir betrachten dabei den graduellen Übergang vom thermalisierten zum ultraschnellen Magneto-Seebeckeffekt, in dem wir die Anregungszeit und -leistung variieren. Dies ermöglicht uns, das thermisch angeregte Schalten in sehr hoher Zeitauflösung zu untersuchen. In enger Zusammenarbeit mit unseren Theoriepartnern wurden sehr hohe Magneto-Seebeckeffekte gefunden. Der Effekt sollte dabei durch die Temperatur, die elektronische Struktur der Elektroden, der Übergangswahrscheinlichkeit der Barriere und der angelegten Spannung beeinflusst werden. Das Tuning der energieabhängigen Übergangswahrscheinlichkeit der Barriere erlaubt dabei eine Optimierung des TMS durch eine Variation der Zusammensetzung von Co und Fe (der Elektroden) und über die angelegte Spannung. Der TMS (Vmax-Vmin)/|Vmin| kann dabei Werte von über 6000% erreichen, wobei die größere Spannung ein Signal von einem Mikrovolt erreicht. Dies überschreitet die Werte des Tunnelmagnetowiderstands und ist für das thermische Auslesen von Speichern von Interesse. All unsere Untersuchungen werden vervollständigt durch Experimente an Co-Fe-B/MgO/Co-Fe-B, Heusler/MgO/Heusler und Aluminiumoxid basierten Tunnelelementen, außerdem werden Heusler (Dünn-)filme von unseren Kollaborationspartnern untersucht und es findet ein intensiver Austausch mit unseren Theoriepartnern statt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Andy Thomas, bis 11/2015