Cantilever (Drehmoment) detektierte Multifrequenz-Elektronenspinresonanz-Spektroskopie an halbmetallischen Verbindungen und endohedralen Metallofullerenen

• Antragsteller: Alexey Alfonsov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321732198

Für die Untersuchung der anisotropen magnetischen Eigenschaften von halbmetallischen Ferromagneten und endohedralen Metallofullerenen beabsichtigen wir in unserem Projekt den Aufbau eines Elektronenspinresonanz-Spektrometers welches sich durch die Cantilever-basierte Detektion (Drehmoment-Detektion) und der damit verbundenen hohen Empfindlichkeit auszeichnet. Magnetische Anisotropie geht immer einher mit anderen fundamentalen Eigenschaften wie der Elektronischen Korrelation in Übergangsmetalloxiden, in Metallen oder in jeglicher Art von molekularen Magneten, zu welchen auch die endohedralen Metallofullerene (EMF) gehören. Somit erhält man durch die Untersuchung der magnetischen Anisotropie einen direkten Einblick in die intrinsischen Eigenschaften verschiedener Materialien. Dies ermöglicht die Beobachtung neuer Phänomene und die Weiterentwicklung bekannter Eigenschaften, wie sie für technische Anwendungen nötig sind. Im Fall der halbmetallischen Ferromagnete ist die magnetische Anisotropie zusammen mit dynamischen Eigenschaften wie der Dämpfung verantwortlich für die Stabilität des magnetischen Zustandes und für die Möglichkeit die Magnetisierung umzukehren. In endohedralen Metallofullerenen, welche das Verhalten von molekulare Magnete zeigen, kann die magnetische Anisotropie zu langlebigen Quantenzuständen führen, welche Relaxationszeiten von einigen Stunden im Nullfeld aufweisen können. Vor allem die Größe der Proben ist ausschlaggebend: metallische Materialien, welche für die Anwendung im Bereich der Spintronik vielversprechend sind, müssen als dünne nm-dicken Schichten verwendet werden um die technischen Anforderungen zu erfüllen; molekulare Magnete, wie die EMF, bei denen jedes Molekül nur einige nm groß ist, sind von besonderem Interesse, wenn sie als einatomige Lage abgeschieden werden. Um die magnetischen Eigenschaften der oben genannten Materialien vollständig charakterisieren zu können, ist es nötig Elektronenspinresonanz (ESR) für verschiedene Frequenzen, Felder und unter Variation des Winkels zwischen Probe und Magnetfeld zu messen. Mit einem Standard-ESR-Spektrometer ist dies auf Grund der geringen Sensitivität nur sehr eingeschränkt möglich, hinzukommen Einschränkungen bei der Frequenz, sowie bei Stärke oder Orientierung des externen Magnetfeldes. Mit Cantilevern erreicht man eine sehr hohe Empfindlichkeit, die nahezu unabhängig von der Frequenz oder dem Magnetfeld ist, außerdem lassen sie sich gut orientieren. Dies bringt uns zu der Überzeugung, dass der Aufbau eines Cantilever-basierten ESR-Spektrometers es ermöglichen wird, die statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften, sowie deren Anisotropie, von halbmetallischen Ferromagneten und endohedralen Metallfullerenen zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen