Modelle zur Beschreibung der Auswirkungen von Grenzflächenunordnung auf den Spintransport durch einen antiferromagnetischen Isolator

• Antragsteller: Dr. Niklas Rohling
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417034116

Antiferromagnetische Isolatoren (AFIs) haben mehrere Eigenschaften, die nützlich für Anwendungen in der Spintronik sein können: das Fehlen joulscher Wärme beim Spintransport, ihre schnellere Dynamik im Vergleich zu ferromagnetischen Isolatoren (FI) und die fehlende Kopplung an Magnetfelder. Aktuelle Experimente zeigen zudem, dass eine dünne AFI-Schicht den Spintransport vom FI Yttrium-Eisen-Granat (YIG) zu einem Metall wie Platin verbessern kann.Der Kopplungsmechanismus an den Grenzflächen ist in bisherigen Modellen jedoch noch nicht detailliert untersucht worden. Die Wechselwirkung zwischen den zwei Seiten der Grenzschicht wurde durch einen effektiven Parameter in den Modellen beschrieben. Allerdings weisen experimentellen Ergebnisse, insbesondere die Varianz von Probe zu Probe und die Tatsache, dass mit polykristallinen AFI Schichten bisher der stärkste Spintransport erreicht wurde, darauf hin, dass die genaue Beschaffenheit der AFI Schicht- und bei sehr dünnen Schichten heißt das insbesondere die Beschaffenheit der Grenzfläche - den Spintransport mitbestimmen. Die Beschaffenheit der Grenzschicht lässt sich dabei nicht mit einem einzelnen Parameter beschreiben.Die zentrale Frage des hier vorgeschlagenen Projekts ist, ob Unordnung an der Grenzschicht den Spintransport behindert oder unterstützt.Konkret untersucht werden sollen(i) die Richtungsabhängigkeit des Spintransports in AFIs, insbesondere in NiO,(ii) ein Modell, welches die Rauheit der Grenzfläche, durch eine Grenzflächen-Austauschwechselwirkung mit zufälligen Anteilen darstellt, und(iii) die Streuung an Kristalldefekten.Zur Berechnung des Spinstroms durch die Grenzflächen, auch in höherer als erster Ordnung in der Grenzflächenkopplung, wird der Formalismus der Greenschen Funktionen auf magnonischen Transport im AFI erweitern werden. Die Übertragung von Methoden, die für den elektrischen Transport durch raue Grenzflächen entwickelt wurden, werden die Berücksichtigung der Unordnung an den AFI-Grenzflächen ermöglichen.Eine erfolgreiche Bearbeitung des Projekts wird in wichtige Erkenntnisse über die Kopplung an der Grenzfläche resultieren. Daraus werden Empfehlungen für die Präparation der entsprechenden Grenzflächen im Experimente folgen, da die Auswirkung etwa von der Rauheit der Grenzfläche auf den Spintransport bekannt sein werden. Darüber hinaus wird eine theoretische Methode zur Verfügung stehen, mit der weitere Berechnungen zu Spintransport in AFIs oder in mehrlagigen Systemen durchgeführt werden können, z. Bsp. solche, die Quanteneffekte beim magnonischen Spintransport untersuchen wollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen