Strom-induzierte Spin-Transfer-Torque Effekte an Ferromagnet / topologischer Isolator Grenzflächen aus spektroskopischer Sicht

• Antragsteller: Dr. Lukasz Plucinski
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314943436

Das Ziel der geplanten Studien ist es, die Rolle der elektronischen Struktur auf strom-induzierte Spintransfer -Prozesse in Doppellagen-Heterostrukturen, bestehend aus 3D topologischen Isolatoren (3D TI) und metallischen (FM) oder isolierenden Ferromagneten (FMI), zu untersuchen. Darüber hinaus soll ein spektroskopischer Einblick in die Austauschaufspaltung, die durch die unmittelbare Nähe zu dem magnetischen Film in den 3D TI induziert wird, gewonnen werden. Das geplante Forschungsprogramm strebt an, strominduzierte Spin-Torque Effekte in einem EuO/TI FMI/TI System mittels spin-polarisierter winkel-aufgelöster Photoemission (spinARPES) nachzuweisen. Dies würde die Frage nach dem dominierenden Mechanismus in strom-induzierten Spintransfer beantworten: ist es einerseits die helikale Spin-Struktur der Elektronen auf dem Dirac Kegel, oder andererseits die Rashba- oder Spin-Hall Effekt-artigen Drehmomente aufgrund der asymmetrischen Grenzfläche?Diese Ziele werden durch den Einsatz einer neu entwickelten Transport Plattform erreicht, welche das Anlegen eines Stromes durch die Probe oder das Messen ihres Widerstandes in-situ während der Messung der Photoemissionsspektren erlaubt. Dieser experimentelle Aufbau ermöglicht es, zwei fundamental unterschiedliche Herangehensweisen zu kombinieren: Transport Messungen und hochaufgelöste Photoelektronenspektroskopie, mit der zusätzlichen Möglichkeit optisch-induzierte Oberflächenströme zu messen, die zum Beispiel durch den photogalvanischen oder den Photon-Drag Effekt erzeugt werden.Die elektronische Struktur der Grenzfläche dieser Heterostrukturen wird charakterisiert durch spinARPES und andere Standard Verfahren der Oberflächenphysik, wie XPS und LEED. Grundlegende Magnet-Widerstandsmessungen dieser Heterostrukturen werden in situ und gleichzeitig mit den spinARPES Messungen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1666: Topologische Isolatoren: Materialien - grundlegende Eigenschaften - Strukturen für Bauelemente
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Martina Müller