Structural characterization and transport properties of ferromagnetic-semiconducting nano-wire hybrid structures for nano-spintronic device applications
Final Report Abstract
Das Hauptziel des Antrags war die Untersuchung des elektrischen Transports in InAs Nanodrähten und InAs/MnAs-Hybrid-Nanodrahtstrukturen. Aufgrund von technischen Problemen im Wachstum der Hybrid-Nanodrahtstrukturen konnten im Projekt nur die Transporteigenschaften von InAs-Nanodrähten genauer untersucht werden, während die von InAs-Nanodrähten mit MnAs-Nanoclustern nur rudimentär untersucht werden konnten. Als alternatives Materialsystem wurde daher auch der Transport in Ge-dotierten GaN-Nanodrahtstrukturen untersucht. Die Charakterisierung des Magnetwiderstandes der InAs Nanodrähte zeigte das Auftreten von Quanteninterferenzeffekte bei tiefen Temperaturen in Übereinstimmung mit Ergebnissen aus der Literatur. Bei höheren Temperaturen wurde durch winkelabhängige Messungen ein starker Einfluss der Oberfläche auf den Transport nachgewiesen, welcher vor allem auf die Bildung einer nativen Oxidschicht an der Oberfläche zurückzuführen ist. Mit Hilfe von theoretische Simulationen konnte die Winkelabhängigkeit der auftretenden Randstreuung beschrieben werden. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten durch eine gezielte Variation der Oberflächeneigenschaften, insbesondere deren Rauigkeit, die Transporteigenschaften von Nanodrähten zu beeinflussen. Ge-dotierten GaN Nanodrähten zeigen bei tiefen Temperaturen ebenfalls Quanteninterferenzerscheinungen. Hierbei konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass die bei einer Gleichstrommessung verwendete Stromdichte einen Einfluss auf die Amplitude der auftretenden Leitfähigkeitsfluktuationen hat. Dieser Effekt konnte durch eine Erweiterung der gängigen Theorie des mesoskopischen Transports in Nanostrukturen aufgeklärt werden. Zusätzlich wurde durch Untersuchungen an GaN-Nanodraht-Feldeffekttransistoren der Übergang von einem schwachen Lokalisierungseffekt zu einem schwachen Antilokalisierungseffekt bei Anlegen einer negativen Gate-Spannung nachgewiesen.
Publications
-
“Consistent description of mesoscopic transport: Case study of current-dependent magnetoconductance in single GaN: Ge nanowires”, Phys. Rev. B 100, 085409 (2019)
P. Uredat, P. Hille, J. Schörmann, M. Eickhoff, P.J. Klar, M.T. Elm
-
“Selective-Area Growth and Transport Properties of MnAs/InAs Heterojunction Nanowires”, J. Mater. Res. 34, 3863 (2019)
S. Hara, M.T. Elm, P.J. Klar
-
“Anomalous Angle-Dependent Magnetotransport Properties of Single InAs Nanowires”, Nano Lett. 20, 618 (2020)
Uredat, R. Kodaira, R. Horiguchi, S. Hara, A. Beyer, K. Volz, P.J. Klar, M.T. Elm
-
“Transport Properties of InAs Nanowires: Introduction to MnAs/InAs Heterojunction Nanowires for Spintronics”, J. Phys. D: Appl. Phys. 53, 333002 (2020)
Uredat, M.T. Elm, P.J. Klar, S. Hara
