Spin-Gitter-Kopplung in magnetischen 2D van der Waals und topologischen Materialien

• Antragstellerin: Dr. Laura Teresa Corredor Bohórquez
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456950766

Niedrigdimensionaler Magnetismus ist eines der funktionellsten und sich am schnellsten entwickelnden Forschungsgebiete der theoretischen und experimentellen Festkörperphysik: durch ihre Zugänglichkeit und Integrierbarkeit in entstehende Heterostrukturen versprechen 2D-Magnete, für bisher unerreichte Eigenschaften und Anwendungen unverzichtbar zu sein, wie z.B. für atomar dünne magnetooptische und magnetoelektrische Bauelemente für die ultrakompakte Spintronik, optische On-Chip-Kommunikation und Quantencomputer. Van der Waals-Magnete wie der antiferromagnetische topologische Isolator MnBi4Te7 oder der Ferromagnet Cr2Ge2Te6 haben eine gemeinsame Schichtstruktur sowie komplexe magnetische, konkurrierende Phasen durch ferromagnetische und antiferromagnetische Austauschwechselwirkungen, die hochempfindlich auf die Anisotropie reagieren und von den Bindungswinkeln abhängen. Im Falle von Chalkogeniden wie V2P2S6, Ni2P2S6 und Fe2P2S6 bieten das Vorhandensein von Magnetismus, starken elektronischen Korrelationen und Mott-Physik neue Wege zur Erforschung der 2D- und Bauelementphysik. Angesichts der starken Empfindlichkeit der magnetischen Wechselwirkungen in diesen Materialien in Hinblick auf die Struktur, ist eine der wichtigsten offenen Fragen, welche Rolle die magnetoelastische Kopplung spielt. Dies ist ein Schlüsselelement, das helfen könnte, den Mechanismus des Magnetismus in diesen Materialien aufzudecken. In diesem Projekt wird eine sorgfältige Untersuchung der Spin-Gitter-Kopplung in ausgewählten 2D-Materialien durch physikalische Studien unter Druck (hydrostatischer und uniaxialer Druck) und Dilatometrie vorgeschlagen. Magnetisierungsuntersuchungen unter uniaxialem Druck dürften vielversprechend sein und Einblicke in ihre Beziehung zur und/oder Kontrolle der topologischen Ordnung geben. Darüber hinaus wird die Frage nach der Möglichkeit der Abstimmung des magnetischen Austauschs über Druck, sowie der direkte Vergleich von Änderungen der durch hydrostatischen Druck induzierten magnetischen Wechselwirkungen mit den durch chemischen Druck in Dotierungsexperimenten induzierten Wechselwirkungen eingehend untersucht. Vorläufige interessante Ergebnisse an den van-der-Waals Materialien alpha-RuCl3 und Cr2Ge2Te6 zeigten bereits sowohl die Durchführbarkeit von Dilatometrie- und hydrostatischen Druckstudien als auch den Reichtum an Informationen, die sich aus der Untersuchung der Bulkeigenschaften von einkristallinen 2D-Systemen ergeben können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen