Erforschung von anpassbaren Magnet/Supraleiter-Hybridquantensystemen mittels spinpolarisierter Niedrigenergie-Elektronenmikroskopie

• Antragsteller: Dr. Roberto Lo Conte, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512050965

In den letzten Jahren hat die Erforschung von Quantenmaterialien eine beispiellose Beschleunigung erfahren. Dies liegt hauptsächlich an den erwarteten Einsatzmöglichkeiten in den kommenden Quanteninformationstechnologien. Magnet/Supraleiter-Hybridsysteme (MSH) sind vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien mit einstellbaren Eigenschaften. Es wird erwartet, dass an der Grenzfläche zwischen einem supraleitenden Substrat und einer ultradünnen magnetischen Schicht, die nichtkollineare Spintexturen beherbergt, eine reichhaltige neue Physik entsteht. Auf der einen Seite wurde berichtet, dass der supraleitende Zustand des Substrats die in dem ultradünnen Magneten aufgebaute magnetische Phase steuern kann. Auf der anderen Seite wird aufgrund des Zusammenspiels zwischen der nichtkollinearen Spintextur und der supraleitenden Phase vorhergesagt, dass topologisch geschützte elektronische Zustände und Tripletts mit gleichem Spin an der Heterogrenzfläche vorhanden sind, was die Entstehung von topologischer Supraleitung und Spin- polarisierte Supraströme ermöglicht.Hier schlage ich vor, spinpolarisierte Niedrigenergie-Elektronenmikroskopie (SPLEEM) bei niedriger Temperatur zu verwenden, um MSH-Quantensysteme zu untersuchen. Die einzigartigen Eigenschaften von SPLEEM ermöglichen die Charakterisierung der vollständigen dreidimensionalen Spintextur von abgeschiedenen magnetischen Dünnfilmen und von Multischichten mit Nanometerauflösung als Funktion der Temperatur (unter und über der kritischen Temperatur der Supraleitung). Das Ziel ist es, den Einfluss der Supraleitung auf die Spintextur in verschiedenen magnetischen Schichten zu verstehen. All dies wird möglich, indem die einzigartigen Fähigkeiten des kürzlich installierten Niedrigtemperatur-SPLEEMs am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien genutzt werden. Dieses SPLEEM ist das einzige auf der Welt, welches bei flüssig He-Temperatur funktioniert und für externe Benutzer zugänglich ist.Es sollen zwei verschiedene Arten von MSH-Systemen untersucht werden. Zunächst wird sich die Studie auf MSH-Systeme konzentrieren, bei denen ein bulk-Supraleiter mit magnetischen ultradünnen Filmen und Multilayern verbunden ist. Das Ziel dieser Anfangsphase des Projekts wird es sein, Materialsysteme, die nichtkollineare Spintexturen beherbergen, zu entdecken und außerdem zu erforschen welchen Einfluss die Temperatur auf den magnetischen Grundzustand hat. Anschließend werde ich komplexere Systeme untersuchen, bei denen eine dünne Zwischenschicht aus einem Material mit großer Spin-Bahn-Kopplung an der Grenzfläche des ursprünglichen MSH-Systems eingefügt wird. Ziel ist es zu verstehen, wie die Eigenschaften des ursprünglichenMSH-Systems durch das Vorhandensein einer solchen Zwischenschicht verändert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Dr. Andreas Schmid