Spinpolarisierter Tunneleffekt an fest/flüssig Grenzflächen zwischen magnetisierten Rastertunnelmikroskopspitzen und magnetischen Nanostrukturen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Werner Schindler
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 36207950

Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften einzelner magnetischer Nanostrukturen oder der Domänenstruktur magnetischer Oberflächen sind in-situ an fest/flüssig Grenzflächen bisher nicht möglich. Magnetkraftmikroskopie würde nur laterale Auflösungen von etwa 25 nm bieten, die zur detaillierten Untersuchung magnetischer Nanostrukturen nicht ausreicht. Der spinpolarisierte Tunneleffekt erlaubt eine laterale Auflösung der magnetischen Information im atomaren Bereich und damit die gezielte Korrelation von Struktur und Magnetismus. In diesem Projekt soll die Spinpolarisation von Elektronen, die zwischen einer magnetisierten STM Spitze und einer magnetischen Struktur auf einer Substratoberfläche an der fest/flüssig Grenzfläche tunneln, untersucht werden. Basierend auf früheren Ergebnissen der Arbeitsgruppe, dass Elektronen an wässrigen fest/flüssig Grenzflächen bei kleinen Abständen von weniger als 0,3 nm zwischen STM Spitze und Substratoberfläche durch eine Vakuumbarriere tunneln, soll zuerst in diesem Abstandsbereich spinpolarisiertes Tunneln an der Grenzfläche nachgewiesen werden. Detaillierte Experimente unter Verwendung ultrareiner Elektrolytlösungen sollen Aufschluss über den Einfluss von Wasserschichten und Adsorbaten an der Grenzfläche auf den spinpolarisierten Tunnelprozess geben. Alternativ soll die Spinpolarisation tunnelnder Elektronen in nichtwässriger Propylencarbonatlösung mit TBAPF6 Leitsalz untersucht werden, die eine andere Vakuumbarriere an der fest-/flüssig Grenzfläche erwarten lässt als wässrige Elektrolyte. Mittels des in unserer Arbeitsgruppe entwickelten Feldemissions-/Sputterverfahrens zur Herstellung axialsymmetrischer und elektrochemisch sauberer STM Spitzen mit Apexdurchmessern von weniger als 10 nm sollen geeignete magnetisierbare STM Spitzen aus ferromagnetischem Massivmetall, u.a. Legierungen geringer Magnetostriktion, sowie aus antiferromagnetisch ordnenden Metallen, die nahezu keine magnetischen Streufelder erzeugen, präpariert werden. Im Anschluss an die grundlegenden Untersuchungen soll dann die ortsaufgelöste Magnetisierung und Domänenstruktur einzelner Fe, Co und Ni Monolagen und Cluster mit Durchmessern von weniger als 20 nm auf Cu(100) und Au(111) Substraten mit topographischer STM Information korreliert werden. Die Cluster sollen sowohl mit dem in der Arbeitsgruppe entwickelten Verfahren der lokalisierten Elektrodeposition, als auch delokalisiert abgeschieden werden. Die spinpolarisierten Messungen an magnetischen Strukturen sollen mit in-situ magneto-optischen Kerr-Effekt (MOKE) Messungen an entsprechenden delokalisiert abgeschiedenen Strukturen verglichen werden. Neben seiner Anwendungsrelevanz könnte das Projekt einen erheblichen Beitrag zum Verständnis des Elektronentunnels an fest/flüssig Grenzflächen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen