Spin- und Magneto-Seebeck Effekte in neuartigen magnetischen Dünnschichtmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Reiss
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198264985

Die wissenschaftliche Zielsetzung des Schwerpunktprogramms SpinCaT ist das Verständnis des Zusammenspiels von Wärme-, Ladungs- und Spinströmen in Festkörpern.Während der ersten Förderperiode kam Timo Kuschel als PostDoc in die Bielefelder Arbeitsgruppe und wir konnten in zwei Arbeitsbereiche zu SpinCaTs Zielsetzungen betragen: (a) Bei Untersuchungen des Spin-Seebeck Effekts (SSE) und seinem Zusammenspiel mit anomalem und planarem Nernst Effekt (ANE, PNE) konnten wir für das ferromagnetische Oxid NiFe2O4 den longitudinalen SSE (LSSE) und den ANE trennen. (b) In magnetischen Tunnelkontakten wurde der spinabhängige Seebeck Effekt entdeckt. Zurzeit laufen vielversprechende Experimente mit dem Ziel, seine Eigenschaften zu verstehen und gezielt einzustellen.Für die zweite Förderperiode möchten wir diese Arbeiten weiterführen bzw. ausweiten: (a) Um den reinen LSSE zu messen, planen wir vergleichende Messungen an isolierenden und halbleitenden Materialien. Dadurch sollen Beiträge des ANE und einer möglichen Spinpolarisation der Grenzflächen identifiziert und vom Messignal separiert werden. (b) Metallische Heusler-Verbindungen und magnetische Multilagen sollen in kombinierten Messungen des LSSE, des ANE und des anomalen Hall-Effekts (AHE) untersucht werden. Halbmetallische ferromagnetische Heusler-Verbindungen ermöglichen große Spinströme im Material. Multilagen ermöglichen es in Analogie zum AHE durch Variation von Schichtdicke und Temperatur gezielt Kompensationspunkte zu suchen, an denen der ANE vollständig verschwindet. Bei diesen Messparametern ist der LSSE in Metallen dann ohne parasitäre Beiträge messbar und mit den Ergebnissen der anderen Materialklassen zu vergleichen. (c) Zum spinabhängigen Seebeck Effekt in Tunnelkontakten sollen Materialien hinsichtlich ihrer Bandstruktur maßgeschneidert werden, um den Effekt zu vergrößern und magnetisch schaltbar zu machen. Pilotexperimente hierzu werden zurzeit durchgeführt und die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Insbesondere kann durch die am Tunnelkontakt angelegte Spannung die Bandstruktur der Elektroden relativ zu einander verschoben werden. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf den Einfluss der Bandstruktur auf den Größenunterschied der Seebeck Koeffizienten im parallelen bzw. antiparallelen magnetischen Zustand. Vervollständigt werden diese Experimente durch Messungen an organischen Feldeffekttransistoren mit magnetischem Source- und Drainkontakt, bei denen die Molekülzustände durch die Gatespannung verschoben werden können. Diese Technik unterdrückt die in Tunnelkontakten auftretenden, biasabhängigen Ströme.Die während der ersten SpinCat-Förderperiode erzielten Ergebnisse sind insbesondere das Resultat einer sehr lebendigen und fruchtbaren Zusammenarbeit mit den Gruppen in Braunschweig, Giessen, Göttingen, Jülich, Hamburg, München und Regensburg. Diese Zusammenarbeit soll fortgeführt und auf die Gruppen in Berlin, Dresden, Duisburg, Halle und Mainz ausgeweitet werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Beteiligte Personen: Timo Kuschel, Ph.D.; Dr. Jan Michael Schmalhorst