Theorie des spinpolarisierten Wärmetransportes in ferromagnetischen Metall-Heterostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Jaroslav Fabian
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198359765

Die Kopplung von Spin und Wärme eröffnet neue Möglichkeiten für den Transport, die Kontrolle und die Detektion des Elektronenspins. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Wiederverwendung von Abwärme in elektronischen Nanostrukturen, welche die Effizienz der Informationsverarbeitung erhöhen soll. Die Erzeugung von Spin durch Wärme sowie die Erzeugung von Wärme durch einen Spinstrom werden von vielen Faktoren beeinflusst. In unserem Projekt konzentrieren wir uns auf den Ursprung des spinpolarisierten Wärmestroms im elektronischen System von ferromagnetischen Metall-Halbleiter-Heterostrukturen. Wir werden dazu realistische Modellrechnungen zur Temperaturabhängigkeit des Spin-Seebeck-Koeffizienten in F/I/F-Kontakten unter Einbeziehung der Elektron-Magnon-Kopplung durchführen und phänomenologische Modelle für die Magnetoanisotropie derartiger Systeme entwickeln. Was das Material betrifft, so wurde bisher den auf MgO und Al2O3 basierenden ferromagnetischen Tunnelkontakten viel Aufmerksamkeit geschenkt. Wir dagegen werden die magneto-thermoelektrischen Eigenschaften von Tunnelkontakten, die auf der Halbleiter-Tunnelbarriere GaAs basieren, untersuchen und theoretisch vorhersagen. Besonders die auf Fe/GaAs basierenden Tunnelbarrieren sind für die Spininjektion und -detektion sowie für die Untersuchung von magnetoanisotropen Tunnelphänomenen von Bedeutung. Wir werden die Magneto-Thermoelektrizität von Fe/GaAs/Fe-Kontakten mit Hilfe von Ab-initio-Rechnungen, ergänzt durch phänomenologische Modelle, als Funktion der relativen Magnetisierungsrichtung sowie als Funktion der relativen Richtung zu den kristallographischen Achsen untersuchen, um die kristallin-anisotrope magnetische Thermoelektrizität dieser Strukturen zu erhalten. Außerdem werden wir Doppelbarrierenkontakte (zum Beispiel Fe/GaAs/Fe/GaAs/Fe) erforschen und dabei versuchen, die Kopplung von Spin, Wärme und Ladung sowie die kristalline Anisotropie durch metallische Quantentrog-Zustände zu maximieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)