Entwicklung von Spinzuständen in Porphyrin - Graphen - Nanoband - Hybridsystemen

• Antragstellerin: Dr. Feifei Xiang
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452269487

Der Spinfreiheitsgrad in Halbleitermaterialien wird erwartungsgemäß eine entscheidende Rolle in Informationstechnologien der nächsten Generation spielen. Die Entwicklung von Technologien, die auf Basis des Spin-Freiheitsgrades ("Spintronik") funktionieren, stehen jedoch vor verschiedenen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Erzeugung spinpolarisierter Ladungsträger, der Spininjektion über Grenzflächen, dem kohärenten Spintransport über große Entfernungen sowie der Manipulation und Erkennung von Spinzuständen, um nur einige Beispiele zu nennen. In den letzten zehn Jahren sind endliche Graphenflocken (Nanographene) und schmale Graphenstreifen (Graphen-Nanobänder, GNRs) mit spinpolarisierten Randzuständen zu vielversprechenden Kandidaten für Spintronik-basierte Anwendungen geworden. Diese zeigen unter anderem herausragende Eigenschaften im Bezug auf Spinrelaxations- und Dekohärenzzeiten, Spin-Korrelationslängen sowie die Möglichkeit zur elektrischen Feldsteuerung des Spintransports. Darüber hinaus haben theoretische Studien gezeigt, dass der Einbau von magnetischen Übergangsmetallatomen (TM) in GNRs vielfältige Möglichkeiten zur Feinabstimmung der elektronischen Zustände und der Spinzustände der resultierenden Hybridmaterialien bietet. Die experimentelle Realisierung entsprechend modifizierter GNRs ist jedoch schwer fassbar und kaum umgesetzt geblieben. In diesem Projekt wird ein konzeptionell einfacher Weg zum Einbau von TM-Atomen in molekular gestaltete GNRs untersucht. Unter Verwendung des vom Host-Team entwickelten On-Surface-Synthesis-Ansatzes zur Bottom-up-Herstellung von GNRs werden Porphyrin-Makrozyklen in GNR-Segmente eingebettet. Die heterozyklische Kavität ermöglicht es ihnen, TM-Atome zu integrieren, was zu einem subtilen Zusammenspiel der magnetischen Eigenschaften des GNR-Rückgrats und der eingebetteten Metalloporphyrine führt. Durch die Untersuchung solcher Hybridsysteme, die unterschiedliche TM-Atomspezies enthalten sowie unterschiedliche Breiten-, Längen- und Kantentopologien von GNR-Segmenten besitzen, wird dieses Projekt ein grundlegendes Verständnis der Physik im Nanomaßstab von Metalloporphyrin-GNR-Hybriden vermitteln und eine solide Grundlage bilden für das Design zukünftiger Spintronik-basierter Anwendungen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Roman Fasel