Dehnungs-Widerstandseffekt von metallischen Sensorschichten im antiferromagnetischen Zustand

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Schultes
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434934562

Das Ziel dieses Antrages ist die Erforschung eines kaum bekannten, recht hohen Dehnungs-Widerstandseffektes, der an den antiferromagnetischen Phasenzustand gebunden ist. Dazu werden metallische Dünnschichten, die sich als Sensorschichten für mechanische Größen eignen können, hergestellt und eingehend untersucht. Für Metallschichten aus Chrom ist der piezoresistive Effekt und dessen Kopplung an den antiferromagnetischen Zustand (AFM) durch unsere Vorarbeiten nachgewiesen. Das beantragte Projekt geht deshalb von chromhaltigen Schichten aus, die nun mit geringen Konzentrationen von Elementen wie Mn, Ru und anderen versehen werden, um die antiferro-paramagnetische Übergangstemperatur TNéel zu höheren Werten zu verschieben. Dabei stehen als Eigenschaften eine hohe Dehnungsempfindlichkeit, ein geringer Temperaturkoeffizient (TKR), eine hohe Widerstandsstabilität und möglichst hohe Anwendungstemperaturen im Fokus der Bemühungen. Das Ziel ist eine möglichst hohe und über die Temperatur gleichbleibende oder leicht ansteigende Dehnungsempfindlichkeit bei niedrigem TKR sowie hohe Stabilität. Alsdann werden manganhaltige Verbindungen mit bekannt hohen Néel-Temperaturen erzeugt, die bereits in der Forschung auf dem Gebiet der antiferromagnetischen Spintronik eine Rolle spielen, jedoch bezüglich ihres piezoresistiven Verhaltens noch nicht untersucht sind. Zu diesen Materialien gehören binäre Verbindungen wie MnNi, MnPd, MnPt, MnIr sowie Mn2Au mit außerordentlich hohen Néel-Temperauren von 810 K bis 1500 K. Einige dieser Verbindungen werden als Dünnschichten per Sputterverfahren abgeschieden, strukturiert und auf ihre Eigenschaften untersucht. Ergänzend werden die Schichten durch EDX, XPS, XRD und magnetische Suszeptibilitätsmessungen charakterisiert. Geeignet erscheinende Schichten werden als Funktionsschichten auf Drucksensorkörper abgeschieden, als Messbrücke strukturiert und alsdann vollständig bezüglich ihrer Eignung als Sensorschicht charakterisiert und optimiert. Die Erforschung und Optimierung von metallischen antiferromagnetischen Dünnschichten mit hohen Dehnungsempfindlichkeiten bei möglichst hohen Anwendungstemperaturen verspricht ein interessantes Anwendungspotential in der Sensorik. Außerdem können die Ergebnisse zu Erkenntnissen führen, die auch für die Spintronik von antiferromagnetischen Schichten nützlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen