Kontrolle des atomaren Magnetismus von Graphene mittels Wasserstoffatomen

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Kern
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279403857

Die selektive Erzeugung von lokalen magnetischen Momenten in Graphen ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, um Graphen in der Spintronik zu benutzen. Das Hauptziel des Projektes ist es, einen eindeutigen experimentellen Beweis für diese Möglichkeit durch die Adsorption und Manipulation einzelner H-Atome auf Graphen zu schaffen. Die Möglichkeit den Spin als zusätzlichen Freiheitsgrad zu nutzen, würde die Vielseitigkeit von Graphen basierten Anwendungen deutlich erhöhen. Einerseits sind Spininformationstransfer und Spindiffusionsvorgänge durch die erwarteten langen Spinrelaxationszeiten in Graphen begünstigt. Andererseits versprechen Graphenmagnetismus und Ladungstransport, welche in den gleichen pi Bändern stattfinden, ein großes Potenzial für die Zukunft zu haben. Seit den frühen Tagen des Graphenforschung stimmen alle theoretischen Vorhersagen darin überein, dass Graphen durch die Adsorption von einzelnen H-Atomen magnetisiert werden kann. Allerdings waren experimentelle Bemühungen einen direkten Beweis zu finden, bisher erfolglos, hauptsächlich wegen der Schwierigkeit gleichzeitig eine atomare Auflösung der hydrierten Graphenproben und eine Charakterisierung zu erreichen.In diesem Projekt werden wir versuchen, diese Herausforderungen mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie / Spektroskopie (STM / STS) im Ultrahochvakuum (UHV) zu meistern. Dafür werden unterschiedlichste UHV-STM verwendet, die es erlauben, einem breiten Temperaturbereich (10mK-400K), hohe Magnetfelder (0-14T) und unterschiedlichste Substrate zu verwenden. Unser Ausgangspunkt ist unsere jüngste (unveröffentlichte) Beobachtung, dass die Adsorption von einem einzigen H-Atom auf einer entkoppelten Graphenschicht eine Doppelresonanz an der Fermi-Energie erzeugt, die höchstwahrscheinlich aufgrund Spin-Aufspaltung entsteht. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen auch, dass es möglich ist, mit der STM-Spitze H-Atome mit atomarer Präzision zu bearbeiten. Wir planen, die erzeugten magnetischen Momente systematisch als Funktion des Magnetfelds, der Temperatur und des verwendeten Substrates zu studieren. Dies wird es uns ermöglichen, die magnetische Natur der Doppelresonanz zu bestätigen und kollektive magnetische Zustände zu verstehen.Schließlich hoffen wir, die magnetischen Momente in beliebigen Geometrien auf der Graphenoberfläche zu organisieren und damit Experimente zu realisieren, die bis heute nur theoretisch behandelt werden konnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Spanien
• Kooperationspartner: Professor Ivan Brihuega; Jean-Ives Veuillen