Abstimmen des Hochtemperatur-Ferromagnetismus in Si-Mn-Legierungen mittels Ionenimplantation

• Antragsteller: Dr. Shengqiang Zhou
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260481135

Aufgrund der Verfügbarkeit von hochwertigen, großformatigen und kostengünstigen Substraten würden Si-basierte magnetische Halbleiter oder Legierungen die Entwicklung der Halbleiter-Spintronik erheblich vorantreiben. Darüber hinaus sind die Herstellungsverfahren von Mn-Si-Legierungen mit der heutigen Mikroelektronik-Technologie vereinbar. Für das Einbringen der Mn-Atome in das Si-Substrat haben wir in Vorversuchen die konventionelle Dotiertechnik der Ionenimplantation genutzt. Dadurch haben wir magnetische MnSi1.7 Nanokristalle die Si-Matrix eingebettet. Im Vergleich mit dem Volumenmaterial weisen in die MnSi1.7 Nanokristalle ein wesentlich größeres magnetisches Moment auf. Unser internationaler Kooperationspartner am Kurchatov-Institut hat nicht-stöchiometrische SiMn-Legierungen hergestellt, welche bei Raumtemperatur ferromagnetisch sind und den anomalen Hall-Effekt zeigen. Es wird angenommen, dass diese im Vergleich mit dem Volumenmaterial exotischen magnetischen Eigenschaften durch den leichten Mn-Überschuss und die daraus resultierenden Defekte hervorgerufen wird. Das beantragte Projekt vereint die einzigartigen Ressourcen und Erfahrungen beider Forschungsgruppen. Wir werden die Ionenimplantation für eine gezielte Abstufung der Stöchiometrie in den Si-Mn-Dünnschichten nutzen und gleichzeitig Defekte erzeugen. Es werden beide Gruppen zusammenarbeiten, um (1) mit den Techniken der Ionenimplantation verschiedene, bei hohen Temperaturen ferromagnetische Si-Mn-Legierungen herzustellen; und (2) um den Mechanismus der ferromagnetischen Ordnung durch umfassende Untersuchungen der magnetischen-, strukturellen- und Transport-Eigenschaften der Legierungen zu erforschen. Gleichzeitig wird versucht einen Prototypen für spintronische Anwendungen herzustellen und nach der Signatur des magnetische Skyrmions gesucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Beteiligte Personen: Muhammad Khalid, Ph.D.; Dr. Slawomir Prucnal; Professor Vladimir Rylkov; Ye Yuan