Reine Spinströme in oxid-bassierten und epitaktischen Heterostrukturen

• Antragsteller: Dr. Matthias Althammer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406078190

In den vergangenen Jahren ist es gelungen, reine Spinströme, d.h. Ströme von Drehimpuls ohne einen damit verknüpften elektrischen Ladungsstrom, gezielt zu erzeugen und nachzuweisen. Sie eröffnen heute faszinierende Möglichkeiten für physikalische Grundlagenexperimente und neuartige Anwendungen in der Spinelektronik. Ein tiefgehendes Verständnis der mit solchen Strömen verbundenen Phänomene und der für ihre Untersuchung geeigneten Materialsysteme steht allerdings noch aus. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die systematische Untersuchung der Spinstromphysik in rein oxid-basierten Heterostrukturen, die hierfür zwar sehr vielversprechend sind, bis heute aber noch kaum untersucht wurden. Von den geplanten Experimenten erwarten wir zum einen ein tiefer gehendes Verständnis der reichhaltigen Erscheinungsformen der Spin-Bahn Kopplung in oxidischen Materialien und deren Abhängigkeit von den spezifischen Materialparametern. Zum anderen hat das Forschungsvorhaben das Ziel, neuartige Materialien mit großem Spin-Hall-Winkel, d.h. mit einer hohen Effizienz für die elektrische Erzeugung und Detektion von reinen Spinströmen, herzustellen und zu untersuchen. Ferner soll die Abstimmbarkeit der Spin-Bahn-Kopplung in diesen Materialien mittels epitaktischer Verspannung, Sauerstofffehlstellen und Temperatur erforscht werden. Die Steigerung der Effizienz für die Erzeugung und Detektion von reinen Spinströmen ist eine Grundvoraussetzung für die Anwendung von reinen Spinströmen in effizienten spintronischen Bauteilen. Die ambitionierten Forschungsziele sollen durch die Herstellung von hochqualitativen, oxidischen Heterostrukturen mittels Laser-Molekularstrahlepitaxie und durch die systematische Untersuchung der Erzeugung und Detektion reiner Spinströme erreicht werden. Hierzu sollen Experimente, die auf dem longitudinalen Spin-Seebeck-Effekt und dem Spin-Hall-Magnetwiderstandseffekt basieren, durchgeführt werden. Die Antragsteller bringen für die erfolgreiche Umsetzung des Forschungsvorhabens umfangreiche Expertise sowohl auf dem Gebiet der Dünnschichttechnologie als auch der experimentellen Charakterisierung von Spinstromphänomenen ein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Rudolf Gross