Ursprung und Stabilität von hochspinpolarisierten Oberflächenresonanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Ebert
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282078320

Die effektive Spinpolarisation ferromagnetischer Materialien bei Raumtemperatur ist eine entscheidende Größe für ihre Anwendung in der Spinelektronik. Dafür ist meist nicht die elektronische Struktur des Volumens sondern der Oberfläche bzw. der Grenzfläche der Materialien relevant. In Zusammenarbeit mit unserem experimentell arbeitenden Partner (Dr. M. Jourdan, JGU Mainz) ist es kürzlich gelungen eine hohe Spinpolarisation (93%) der Heusler-Verbindung Co2MnSi nachzuweisen, die durch eine tief in das Volumen reichende Oberflächenresonanz im Majoritätsspinband verursacht wird. In diesem Projekt soll der physikalische Ursprung solcher hochspinpolarisierter Oberflächenresonanzen aufgeklärt werden. Mit dieser zentralen Zielsetzung ist geplant, verschiedene Heusler- und verwandte Verbindungen mit unterschiedlichen Orientierungen ihrer Oberfläche bzw. Grenzfläche zu einer geeigneten Deckschicht theoretisch zu untersuchen. Insbesondere soll dabei die Frage geklärt werden, ob halbmetallisches Verhalten des Volumens eine notwendige Voraussetzung für das Auftreten einer 100 % spinpolarisierten Oberflächenresonanz ist. Weiterhin ist für Anwendungen entscheidend, ob die durch eine Resonanz an einer freien Oberfläche verursachte hohe Spinpolarisation auch an Grenzflächen mit Isolatoren oder Metallen erhalten bleibt. Bei der experimentellen Untersuchung von Ober- und Grenzflächenzuständen von Heusler-Verbindungen und verwandten Systemen hat sich die von unserem Partner eingesetzte in-situ spinaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (SR-UPS) bereits äußerst gut bewährt. Insbesondere erlaubt in diesem Zusammenhang die spinintegrierte Hochenergie-Röntgen-Photoemissionsspektroskopie (HAXPES) dabei eine größere Informationstiefe zu erreichen. Dementsprechend soll die Interpretation der Ergebnisse des parallel laufenden experimentellen Partnerprojektes weiterhin durch den direkten Vergleich mit Bandstruktur- und Photoemissionsrechnungen unterstützt werden, wobei alle relativistischen sowie Oberflächen- und Hochenergie-Effekte berücksichtigt werden. Insbesondere sollen der Einfluss elektronischer Korrelationen sowie verschiedener Formen der Unordnung auf die Spinpolarisation untersucht werden. Neben chemischer Unordnung aufgrund der Nichtstöchiometrie der untersuchten Legierungssysteme bzw. einer Interdiffusion an der Grenzfläche wird dabei thermisch induzierte Unordnung im Mittelpunkt stehen. Dieser wichtige Aspekt beinhaltet sowohl Gitterschwingungen als auch thermische Spinfluktuationen. Zur Berücksichtigung der Spinfluktuationen bei den Photoemissionsrechnungen soll eine vom Antragsteller vor kurzem entwickelte Methode, die auf der CPA (Coherent Potential Approximation) Legierungstheorie basiert, zum Einsatz kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Jürgen Braun; Professor Dr. Jan Minar, Ph.D.