Spin-Relaxations-Mechanismen in dotierten Rubren-Dünnschicht-Kristallen

• Antragsteller: Dr. Hans Kleemann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495141293

Elektronische Bauelemente, die die quantenmechanische Eigenschaft des Spins ausnutzen (Spintronics) werden das Feld der Mikroelektronik durch die Einführung von Quanten-Computern revolutionieren. Aufgrund der schnellen Spin-Relaxation sind konventionelle Halbleitermaterialien wie z.B. GaAs oder Si dafür jedoch nicht geeignet, was Wissenschaftler veranlasste nach neuen Materialklassen zu suchen. Aufgrund der geringen Spin-Bahn-Kopplung gehören organische Halbleiter zu diesen neuen Materialklassen und Werte für die Lebenszeit von Spins von >10µs wurden in organischen Halbleiter-Einkristallen bereits gemessen. Abgesehen von diesen Erfolgen fehlt jedoch ein allgemeines Verständnis zur Verbindung von Ladungsträger- und Spin-Relaxationsmechanismen, um z.B. vorherzusagen, wie sich die Lebenszeit von Spins mit der Ladungsträgerdichte, der Defektdichte und der Temperatur ändert.In diesem Projekt wird der Spin-Transport in elektrisch dotierten, organischen Dünnschichtkristallen aus Rubren in vertikalen Bauelementstrukturen untersucht und die Verbindung zwischen Spin- und Ladungsträgertransport erforscht. Aufgrund der hohen Güte der kristallinen Strukturen und der einstellbaren Ladungsträgerdichte sind diese Dünnschichtkristalle ein Modellsystem zur Untersuchung von Spin- und Ladungsträgertransport am Übergang von Band- zu Hüpftransport. Mit Hilfe von elektrisch-detektierter Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie werden die Zeitkonstanten der Spin-Relaxation als Funktion der Temperatur, der Ladungsträgerdichte, der Dotanden-Art und Dotanden-Dichte untersucht. Basierend auf der Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgerbeweglichkeit wird die Diffusionslänge der Spins bestimmt und damit eine ideale Geometrie für zukünftige Spin-Ventile (Spin-valve) vorhersagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen