Spin tuning in Einzelmolekülmagneten auf Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Mikhail Fonin
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426218470

Die gezielte Kontrolle der Spinzustände individueller Moleküle stellt eines der ultimativen Ziele im Bereich der Materialwissenschaft und der Entwicklung von neuartigen elektronischen Bauelementen auf der Nanoskala dar. Auf Molekülen basierte Bauelemente der Spintronik versprechen grundlegend neue Eigenschaften und bieten darüber hinaus die Vorteile einer kostengünstigen Herstellung durch Selbstanordnung sowie einer möglichen Variation ihrer Eigenschaften durch chemische Synthesetechniken. Molekulare Nanomagnete, die mesoskopische Systeme mit magnetischer Bistabilität und vielseitigem Quantenverhalten darstellen, sind für Anwendungen in den Bereichen der spinbasierten Datenspeicherung und des Quantencomputings von besonderem Interesse. Die Hauptidee dieses Projekts besteht darin, die strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften komplexer Einzelmolekülmagnete (SMMs) an Oberflächen zu untersuchen und ihre fundamentalen physikalischen Größen durch chemisches Dotieren mit Elektronendonoren und -akzeptoren oder durch extern angelegte elektrische Felder unter Verwendung eines Backgates innerhalb der STM-Geometrie gezielt zu manipulieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Möglichkeit, die magnetischen Eigenschaften von SMMs steuerbar einzustellen. Trotz der jüngsten Fortschritte bei der Synthese und Oberflächenabscheidung von SMMs sind die Faktoren, die die magnetische Bistabilität von SMMs auf Oberflächen beeinflussen, nach wie vor unklar. Dies liegt zum Teil an der begrenzten Anzahl von SMMs, die robust genug sind, um der Oberflächenablagerung standzuhalten, sowie am Mangel zuverlässiger Protokolle, die eine kontrollierbare Durchstimmung der elektronischen Eigenschaften und des Magnetismus von SMMs auf Oberflächen ermöglichen. Im Rahmen dieses Projekts implementieren wir eine einzigartige Kombination aus Abscheidungsmethoden und Untersuchungstechniken, um diese Lücke zu schließen und detaillierte Einblicke in elektronische Zustände und Spineigenschaften von klar definiert adsorbierten einzelnen molekularen Magneten auf funktionellen Substraten zu gewinnen sowie ihre elektronischen Zustände und damit ihre magnetischen Eigenschaften gezielt zu verändern. Das angestrebte Ziel besteht darin, submolekulare Auflösungs- und Gate-Möglichkeiten innerhalb eines STM-Aufbaus zu nutzen, um die elektronischen und magnetischen Eigenschaften eines einzelnen SMM-Komplexes durchzustimmen, um einen tieferen Einblick in das Verhalten molekularer Nanomagnete in realistischen elektronischen Geräten zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen