MBE-Sputtering-System für antiferromagnetische spintronische Materialien

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504979810

Viele spintronische Effekte, wie der Gaint und Tunnelmagnetwiderstand (GMR, TMR) die in neuartigen magnetischen Bauelementen wie magnetischen RAMs (Random Access Memories) oder Magnetfestplatten zum Einsatz kommen, wurden in Dünnschichtsystemen entdeckt, die mit Hilfe modernster Schichtabscheidetechniken präzise so gestaltet sind, dass sie gut definierte scharfe Grenzflächen und eine hohe kristalline Qualität aufweisen. Die Realisierung solcher epitaktischen Dünnschichten aus komplexen Materialsystemen hat oft zu atemberaubenden Entdeckungen von spintronischen Effekten geführt, die einen sehr schnellen Betrieb bei nur geringem Stromverbrauch ermöglichen. Infolgedessen stehen Präparationsverfahren, die modernste Abscheidetechniken für dünne Schichten aus einer Vielzahl von Materialsystemen, einschließlich (Semi-)Metallen, Oxidverbindungen, Halbleitern und Supraleitern, umfassen, im Mittelpunkt des Forschungsgebiets der Spintronik. In den letzten Jahren gab es einen bahnbrechenden Durchbruch in der Spintronik-Forschung, der die Möglichkeit aufzeigte, Antiferromagnete (AFs) anstelle von Ferromagneten zu verwenden, um weitaus leistungsfähigere spintronische Funktionen zu ermöglichen. In bisherigen magnetischen Bauelementen wurden AFs nur als Hilfskomponenten verwendet, da die intrinsischen Eigenschaften von AFs, wie die vernachlässigbare magnetische Magnetisierung, keine Manipulation der antiferromagnetischen Ordnung mit moderaten Magnetfeldern erlauben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die intrinsischen Symmetrieeigenschaften von AFs die extrem schnelle Manipulation der magnetischen Ordnung in AF ermöglicht und zu neuartigen spintronischen Effekten führen können. Insbesondere die kombinierten Symmetrien von Kristall- und Magnetgittern spielen eine wesentliche Rolle um Phänomene wie spinpolarisierte Bänder in AFs ohne Magnetisierung, den anomalen und den Spin-Hall-Effekt, sowie auch G(T)MR zu ermöglichen. Erst kürzlich wurden ultraschnelle elektrische Umschaltungen der antiferromagnetischen Ordnung und der Nachweis von scheinbar identischen invertierten antiferromagnetischen Zuständen in epitaktischen Dünnschichten mit spezifischen Kristall- und Magnetgittersymmetrien nachgewiesen. Die Realisierung epitaktischer Dünnschichten ist daher ein wichtiges Element bei der Forschung an neuartigen spin-Phänomenen in AFs. Um epitaktische Dünnschichten aus AFs zu realisieren, beantragen wir deshalb ein Cluster, bestehend aus Multitarget-Sputter- und Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Systemen. Um ein großes Spektrum an Materialsystemen abzudecken, wollen wir eine Wachstumsanlage realisieren, die ein UHV-Sputtersystem mit 8 Targets, eine Kammer für Oxide und ein MBE-System umfasst, das mit mehreren Effusionszellen und einem E-Beam-Verdampfer ausgestattet ist und über ein gemeinsames Transferrohr verbunden ist, das einen nahtlosen Probenaustausch zwischen den verschiedenen Kammern innerhalb Ultrahochvakuum Conditionen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: MBE-Sputtering-System für antiferromagnetische spintronische Materialien
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Universität Regensburg
• Leiter: Professor Dr. Jörg Wunderlich