Spin Phänomene in 2D Materialien – Anisotrope Magnete am atomaren Limit

• Antragsteller: Dr. Daniel Weber
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405560254

Schichtartige van der Waals Verbindungen können aufgrund ihrer starken Bindungen in zwei Raumrichtungen und der schwachen Bindung in der dritten Raumrichtung in Einzelschichten umgewandelt werden, welche ein bis fünf Atome hoch sind. Diese zeigen faszinierende neue physikalische Phänomene wie extrem schnelle Dirac Elektronen und haben das Potential, die Miniaturisierung elektronischer Bauteile ans atomare Limit zu treiben. Derzeit gibt es jedoch nur zwei magnetische Einzelschicht-Materialien mit intrinsischen magnetischen Eigenschaften, die ferromagnetischen Isolatoren CrI3 and Cr2Ge2Te6. Diese werden erst weit unterhalb der Temperatur von flüssigem Stickstoff (T < -196 °C) ferromagnetisch.Das Ziel dieses Projekts ist die Synthese einer Reihe von van der Waals Verbindungen mit magnetischen, intermetallischen Charakter oder Cluster-Verbindungen sowie deren Einzelschichten. Hierzu sind Techniken der Festkörperchemie nötig, um die magnetischen Eigenschaften zu optimieren sowie die Anzahl der Defekte zu minimieren, welche die Exfolierung verhindern. Im ersten Teil des Projekts soll die Synthese leitender, ferromagnetischer Einzelschichten mit Übergangstemperaturen weit überhalb von flüssigem Stickstoff untersucht werden. In weiteren Experimenten wird das Wechselspiel der Anzahl der kristallinenen Schichten und den magnetischen Eigenschaften untersucht, mit dem Ziel, das Gleichgewicht zwischen paralleler und anti-paralleler Anordnung der magnetischen Momente auf atomarer Ebene zu manipulieren. Dies könnte potentiell zu frustriertem Magnetismus führen, bei dem es zu kurzreichweitiger, magnetischer Korrelation kommt, sich eine langreichweitige Ordnung über große Domänen jedoch nicht ausbilden kann. Die leitenden, ferromagnetischen Einzelschichten und frustierten magnetischen Lagen bergen Möglichkeiten als vielseitige Plattformen für physikalische Experimente der kondensierten Materie auf der Nanoskala oder als Bauteile für Spin- und Quantencomputer.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Joshua Goldberger