Magnetische Anisotropie und Relaxation in einer neuen Materialklasse: Nanolaminierte magnetische MAX Phasen

• Antragsteller: Dr. Ruslan Salikhov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319409675

Die vor kurzem entdeckten inhärent nanolaminierten magnetischen Materialen, die magnetischen MAX Phasen, zeigen eine Vielzahl einzigartiger Eigenschaften, welche faszinierende Perspektiven für Anwendungen in der Spintronik, der Magnetokalorik und als magnetische Speicher oder Sensoren versprechen. MAX Phasen (Mn+1AXn, mit n = 1, 2, oder 3) bestehen aus einem frühen Übergangsmetall (incl. Mn), einem A-Gruppe Element und als X entweder C oder N. Die Kristallstruktur der MAX Phasen ist hexagonal mit quasi zweidimensionalen M-X-M triatomaren Lagen, die in c-Richtung mit einer A-Element Zwischenlage gestapelt sind. Diese Materialklasse zeigt gleichzeitig sowohl typische metallische Eigenschaften (wie eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, großes Young Modul und Beschädigungsresistenz) als auch keramische Eigenschaften (leicht, steif und oxidationsbeständig). Die Spinstruktur der magnetischen MAX Phasen und ihre magnetische Eigenschaften sind noch weitgehend unerforscht. Ab initio Rechnungen sagen eine starke ferromagnetische Kopplung der magnetischen Momente in den M-X-M Ebenen voraus. Diese ferromagnetischen Schichten sind dann ferromagnetisch oder antiferromagnetisch in der c Richtung gekoppelt. Des Weiteren schlagen Modellrechnungen eine stark anisotrope elektrische Leitfähigkeit vor, wobei die Werte in den Ebenen viel größer als in der c-Richtung sind.Die Kopplung zwischen strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften in diesen stark anisotropen Systemen könnte neue physikalische Phänomene hervorrufen, die in neuartige Funktionalitäten münden. Die Spin-Bahn-Wechselwirkung ist ein fundamentales Prinzip, um die Kopplung zwischen magnetischen Spins und dem Kristallgitter (Magnetostriktion) oder der elektrischen Leitfähigkeit zu beschreiben. In dieser Studie untersuchen wir die magnetischen Eigenschaften von epitaktischen (CrMn)2GeC, (CrMn)2GaC, (MoMn)2GaC, (VMn)2GaC Filmen, deren c-Achse senkrecht zur Filmoberfläche orientiert ist. Dabei liegt der Fokus auf der Bestimmung von Parametern, die ein Maß für die Spin-Bahn-Kopplung sind: die Magneto-kristalline Anisotropie, das gyromagnetische Verhältnis und die magnetische Relaxation (Dämpfung). Die ferromagnetische Resonanz (FMR) liefert die obigen Parameter. Wir korrelieren die Resultate mit weiteren strukturellen und magnetischen Messungen sowie den elektronischen Transporteigenschaften. Diese Studien werden an verschiedenen Proben als Funktion der Schichtdicke und der Mn Konzentration durchgeführt, um den Einfluss des Mn und der Ober- und Grenzflächen zu studieren. Unsere Untersuchungen haben das Ziel, ein genaues Verständnis der magnetischen Eigenschaften zu generieren. So werden wichtige Informationen bzgl. der Spin-Bahn-Wechselwirkung extrahiert, um das Potential der magnetischen MAX Phasen für Anwendungen auszuloten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Michael Farle; Professor Dr. Ulf Wiedwald
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Johanna Rosen