Kontrolle des atomaren Magnetismus von Graphene mittels Wasserstoffatomen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hauptziel dieses Projekts war der experimentelle Nachweis, dass 2D-Materialien, insbesondere Graphen, durch die Adsorption einzelner Wasserstoffatome magnetisiert werden können. Diese Möglichkeit wurde im Rahmen des Projekts durch Experimente unseres Projektpartners Prof. Ivan Brihuega und seines Teams demonstriert. Sie zeigten, dass die Adsorption eines einzelnen H-Atoms auf einer entkoppelten Graphenschicht einen spinpolarisierten Zustand erzeugt. Wir konnten seine Ergebnisse bei noch tieferen Temperaturen bestätigen und durch Anlegen eines externen Magnetfeldes zeigen, dass sich diese Zustände bei ausreichend hohen Feldstärken aufspalten, was die magnetische Natur des beobachteten Zustands nach Adsorption des H-Atoms bestätigt. Anschließend untersuchten wir den Einfluss der Wasserstoffadsorption auf ein komplementäres 2D-Material, das sogenannte "weiße Graphen", h-BN, das kein Semi-Metall wie Graphen ist, sondern ein Isolator mit großer Bandlücke. Hier konnten wir zeigen, dass die Anzahl der Wasserstoffatome, die an einzelne Co-Atome gebunden sind, es erlaubt, deren Spinzustand von S = 1/2 auf S = 1 und S = 3/2 einzustellen. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die kontrollierte Kopplung dieser Spinsysteme an eine Co-funktionalisierte Spitze es erlaubt, die Art der Kopplung der Spinsysteme an ihre jeweiligen elektronischen Bäder zu charakterisieren. Da die Anzahl der Wasserstoffatome den Spinzustand von CoH-Komplexen auf h-BN bestimmt, funktionalisierten wir die Sondenspitze mit Wasserstoff und koppelten diese Spitze an einen magnetischen S = 1 CoH-Komplex. Hier konnten wir den Übergang des magnetischen Moments von S = 1 zu S = 1/2 beobachten, der mit einer drastischen Änderung der spektroskopischen Eigenschaften einherging. Das flache Spektrum mit Spinanregungen bei symmetrischen Energien um die Fermikante geht in einen starken Peak bei Null-Energie über, der auf das Kondo-Screening der doppelt entarteten S = 1/2-Zustände zurückzuführen ist. Wir haben diesen Übergang im Detail mit Atomkraft-Spektroskopie untersucht, die den Phasenübergang als Knick in der potentiellen Energielandschaft sichtbar machte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Quantum engineering of spin and anisotropy in magnetic molecular junctions. Nature Communications, 6(1).
Jacobson, Peter; Herden, Tobias; Muenks, Matthias; Laskin, Gennadii; Brovko, Oleg; Stepanyuk, Valeri; Ternes, Markus & Kern, Klaus
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Correlation-driven transport asymmetries through coupled spins in a tunnel junction. Nature Communications, 8(1).
Muenks, Matthias; Jacobson, Peter; Ternes, Markus & Kern, Klaus
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Potential energy–driven spin manipulation via a controllable hydrogen ligand. Science Advances, 3(4).
Jacobson, Peter; Muenks, Matthias; Laskin, Gennadii; Brovko, Oleg; Stepanyuk, Valeri; Ternes, Markus & Kern, Klaus
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Local stiffness and work function variations of hexagonal boron nitride on Cu(111). Beilstein Journal of Nanotechnology, 12, 559-565.
Grewal, Abhishek; Wang, Yuqi; Münks, Matthias; Kern, Klaus & Ternes, Markus
