Chemie für die 3D-Spintronik

• Antragsteller: Professor Dr. Julien Bachmann, Ph.D.; Professor Dr. Wolfgang Ensinger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406700532

Spintronik in magnetischen Sensoren ist Milliarden wert und strebt in die Halbleiterindustrie (MRAM) an. Anwendungen nutzen sowohl Magnetowiderstand (Magnetisierung beeinflußt elektrischen Strom) als auch das inverse Effekt, 'spin-transfer torque' (spinpolarisierter Strom regt Magnetisierung an). Spintronik basiert auf dem Kontakt mehrerer magnetischer und nichtmagnetischer Materialien auf einer Längenskala von wenigen Nanometern. Sie wurde durch die Entwicklung von Dünnschichttechnologien in lithographisch definierten, planaren Bauelementen ermöglicht.Da Anwendungen in Sensoren und Speichern nun Marktreife erreichen, werden Grenzen im Hinblick auf Funktionen und Kapazität erkannt. Sensoren benötigen die effiziente Feldbestimmung in 3D, die in planar integrierten Komponenten schwer erreichbar ist. Der Wettbewerb um erhöhte Dichten in Speichern treibt die Technologie in 3D, um große Anzahlen von Bits in der Tiefe zu definieren. Diese Strategie hat die Ausbreitung der Flash-Speicher ermöglicht.Es sollen im Projekt die ersten Bausteine für eine 3D-Spintronik basierend auf Kern-Hülle-Röhren entwickelt werden. Da solche Strukturen jenseits der Möglichkeiten von 'top-down'-Techniken sind, schlagen wir stattdessen ein Konsortium aus zwei Arbeitskreisen in der Chemie und einem Endnutzer in der Spintronik. Es soll je ein Bauelement zu jeder Art von Spintronik-Effekt bzw. Anwendung geliefert werden: 1. Magnetowiderstand in einzelnen (AMR) oder koaxialen Dreifachschichten (GMR/TMR) für die Sensorik; 2. Domänenwandbewegung durch 'spin-torque' und 'spin-Hall'-Effekt in einzelnen oder doppelten Schichten (Metall/Ferromagnet Kern-Hülle) zur Anwendung in 'race-track'-3D-Speicher.In der Anwendung werden senkrechte Röhren mittels 'bottom-up'-Poren oder lithographischen 'top-down vias' in einer Matrix eingebettet, aber in dem hiermit angestreben ersten Schritt sollen einzelne Objekte aus der Matrix gelöst auf einer Oberfläche untersucht werden. Die Synthese wird auf 'track-etched' Polymermembranen und anodisertem Alumina als Matrizen beruhen und galvanische und stromlose Abscheidung sowie Atomlagenabscheidung (ALD) von Metallen und Isolatoren verwenden. Zu den physikalischen Messungen sollen Magnetotransportmessungen sowie magnetische Mikroskopie gehören.Obwohl Elektrochemie in Poren bereits lange zur Entstehung von senkrechten Stabensembles verwendet wird, entsteht deren Untersuchung in einzelnen Objekten zur Spintronik-Anwendung gerade neu. Es existieren nur wenige Berichte zu magnetischen Röhren, alle abseits der Spintronik. Unser Projekt sondiert die 'high-risk, high-gain' Kreuzung von Materialwissenschaft und Spintronik und bietet Durchbruchkonzepte für integrierte Bauelemente. Kurzfristig soll es neue Physik aus der Kombination von Magnetismus und Krümmung bzw. der Rohrtopologie ermöglichen. Außerdem fördert es die Zusammenarbeit zwischen Chemikern und Physikern für weitere Fragestellungen, in welchen rein physikalische Methoden ihre Grenzen erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Olivier Fruchart