Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für Spin-Bahn-Kopplungseffekte in chiralen Molekülen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Carmen Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 357217816

Nanospintronik, also die Verwendung des Spins statt der Ladung als Informationseinheit auf kleinster Skala, verspricht eine Vielzahl von neuartigen Speicher-, Transport- und Verarbeitungsmechanismen für Bauteile winziger Schaltkreise. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass helikale Moleküle, die selbst keinen Spin tragen, einen elektrischen Strom spinpolarisieren können. Dieser Effekt kann qualitativ auf Basis der Spin-Bahn-Kopplung verstanden werden, aber alle bisher erarbeiteten Theorien können das überraschend große Ausmaß der Spinpolarisierung nur dann erklären, wenn unrealistisch hohe effektive Spin-Bahn-Kopplungsparameter angenommen werden. Eine theoretische Beschreibung auf Basis der ersten Prinzipien der Quantenmechanik kann hier Klarheit verschaffen, steht aber noch aus. In diesem Projekt soll eine solche First-Principles-Beschreibung des chiral induzierten Spinfiltereffekts implementiert werden. Dadurch sollen zum einen die Ursachen für die Größenordnung des Effekts aufgeklärt werden und zum anderen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufgestellt werden. Auf Basis dieser Beziehungen sollen Vorschläge für das Experiment gemacht werden, die dann die weitere Überprüfung der zugrundeliegenden Theorie ermöglichen. Weiterhin sollen Methoden entwickelt werden, um effektive Spin-Bahn-Kopplungsparameter aus den First-Principles-Berechnungen zu extrahieren, die dann den Vergleich mit analytischen Modellen ermöglichen und die Grundlage zum Coarse-Graining für die Simulation von größeren Baueinheiten legen. Neben den grundlegend interessanten Aspekten dieser Studien würde ein solcher Ansatz auch die molekulare Spintronik voranbringen und damit die Möglichkeiten zur Herstellung günstiger und feinjustierbarer Bauteile für Schaltkreise erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Vladimiro Mujica