Spin-Orbitronik in epitaktischen CuMnSb/NiMnSb halb-Heusler Heterostrukturen

• Antragsteller: Dr. Johannes Kleinlein
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397861849

Im Rahmen dieses Projektes werden Untersuchungen von Spin-Bahn Drehmoment Effekten in Heterostrukturen, die auf den halb-Heusler Legierungen CuMnSb (antiferromagnetisch) und NiMnSb (ferromagnetisch) basieren, durchgeführt. Diese Spin-Bahn Drehmomente haben ihre Ursache im Ladungsträgerstrom, der seinerseits beim Durchqueren eines Materials mit starker Spin-Bahn Wechselwirkung eine Spinpolarisation erfährt. Diese Spinpolarisation wechselwirkt lokal mit den magnetischen Momenten ferromagnetischer oder antiferromagnetischer Materialien. Experimente die aufdem Spin-Bahn Drehmoment beruhen werden neuerdings unter dem Begriff „Spin-Orbitronik“ zusammengefasst.Es wird zunächst ein Molekularstrahl Epitaxie Wachstumsprozess weiterentwickelt um CuMnSb mit hoher Kristallqualität herzustellen. Einzelne CuMnSb Schichten werden auf InAs(001) Substraten gewachsen, CuMnSb/NiMnSb Heterostrukturen auf InP(001). Diese Proben werden mittels Röntgen Diffraktometrie auf ihre Kristalleigenschaften und –qualität untersucht, sowie mittels SQUID um ihre magnetischen Eigenschaften zu bestimmen. In NiMnSb/CuMnSb Heterostrukturen wird die Austauschwechselwirkungzwischen dem Ferromagneten und dem Antiferromagneten von besonderem Interesse sein. Für die elektrische Charakterisierung werden Proben mit einer standardisierten Hallbar Geometrie mittels optischer Lithographie strukturiert. Damit werden Materialparameter wie der spezifische Widerstand oder die Hallkonstante bestimmt. Wir werden verschiedene Experimente durchführen, die das Spin-Bahn Drehmoment ausnutzen: 1) In einzelnen CuMnSb Schichten wird das Umschalten der magnetischen Gitter des Antiferromagneten demonstriert. Dabei wird die Orientierung der Gitter über den anisotropen Magnetowiderstand ausgelesen. 2) Die Kombination aus antiferromagnetischem CuMnSb und zusätzlich mittels Sputterdeposition abgeschiedener ferromagnetischer Schichten bildet die Grundlage für die zweiteGruppe von Bauteilen. Hier ist das Hauptziel das Umschalten der Magnetisierung des Ferromagneten durch die Austauschwechselwirkung der beiden Materialien und durch das Spin-Bahn Drehmoment, welches seinen Ursprung im Antiferromagneten hat. 3) Letztendlich werden Bauteile aus voll-epitaktischen NiMnSb/CuMnSb Heterostrukturen verwendet, die auf dem anisotropen Tunnel-Magnetowiderstand beruhen. Diese Bauteile erlauben die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von CuMnSb mittelselektrischer Magnetotransport Messungen, wobei man sich wiederum die Austauschwechselwirkung zunutze macht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen