Untersuchung des thermischen Spindrehmoments mittels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie

• Antragsteller: Dr. Cody Friesen
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466776736

Dieses Projekt ist dem Nachweis eines thermischen Spin-Drehmoments und dessen Bewertung hinsichtlich einer zukünftigen Anwendung für magnetische Speichertechnologien gewidmet. Außerdem werden Effekte des inelastischen Tunneln und Wärmeübertragungseffekte über eine magnetische Tunnelbarriere hinweg untersucht. Dies geschieht mittels spin-polarisierter Rastertunnelmikroskopie (SP-RTM) mit einer geheizten Tunnelspitze. Zeitaufgelöste Messsungen der Lebenszeiten der magnetischen Zustände einer superparamagnetisch schaltenden Nanoinsel bauen dabei auf meine früheren Studien auf, bei denen ich im Rahmen meiner Doktorarbeit das Magneto-Seebeck-Tunneln auf der atomaren Skala untersucht habe. Dieser Ansatz vermeidet die Einschränkungen, die bei Experimenten in planarer Geometrie vorliegen, wie z.B. Temperaturgradienten in der Probenebene, inhomogene Tunnelbarrieren und ihre fehlende Kontrollierbarkeit der atomaren Skala. Diese Effekte haben bislang die eindeutige Separierung des thermischen Spindrehmoments von Aufheiz- oder strukturellen Effekten verhindert.Um die Projektziele zu erreichen, werde ich in einer Vergleichsstudie das thermische und das strominduzierte Spinschalten auf einer Nanoinsel bzgl. der Lebenszeit ihrer magnetischen Zustände in Abhängigkeit eines äußeren Magnetfeldes untersuchen. Hierüber kann das thermische Spinschalten eindeutig quantifiziert werden. Als Probensysteme werden Fe/W(110)- und Co/Ir(111)- Nanoinseln präpariert – diese wurden in der Vergangenheit bereits eingehend mittels SP-RTM charakterisiert. Einflüsse der Position der Spin-Injektion und der Geometrie, des magnetischen Feldes und der Temperatur sowohl der Nanoinsel als auch der Tunnelspitze werden dabei systematisch studiert.Ich werde meinen experimentellen Ansatz zusätzlich nutzen, um Auswirkungen des Wärmetransfers in einem SP-RTM Tunnelkontakt zu untersuchen. Hierbei erwarte ich eine symmetrische Verringerung der Lebenszeiten beider magnetischer Zustände einer Nanoinsel mit steigender Temperaturdifferenz im Tunnelkontakt. Zusätzlich zum Wärmetransport über die tunnelnden Elektronen erwarte ich weitere Effekte, wie z.B. Strahlungstransport, elektrostatische Wechselwirkungen, abklingende elektrostatische Felder, Oberflächen-Phonon-Polaritonen oder Phononentransport. Diese Effekte unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Abhängigkeit von der Tunnelbarrierenbreite und können daher mit spektroskopischer SP-RTM untersucht werden. Solche Untersuchungen könnten nicht an planaren Tunnelbarrieren durchgeführt werden. Gleichzeitig nutze ich die superparramagnetischen Nanoinseln als sehr sensitive Detektoren für Wärmetransfer, und SP-RTM erlaubt dessen Untersuchung mit bisher unerreichter Ortsauflösung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen