SPINteger - Molekulare Multi-Spin-Grenzflächen, die einen ganzzahligen Spin-Ladungstransfer ermöglichen

• Antragsteller: Professor Dr. Mirko Cinchetti; Dr. Vitaliy Feyer; Giovanni Zamborlini, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513136560

Die Entwicklung elektronischer Bauteile mit außergewöhnlichen Leistungen, die in der Lage sind, jede Sekunde Milliarden logischer Operationen bei geringem Stromverbrauch auszuführen, ist ein unerlässlicher Bestandteil unserer heutigen, auf Informationstechnik basierenden Gesellschaft. Um diese technologische Entwicklung aufrechtzuerhalten, werden neuartige Materialien benötigt, deren Eigenschaften über die von konventionellen Silizium-Halbleitern hinausgehen. Unter diesem Gesichtspunkt sind π-konjugierte organische Filme ein geeigneter Kandidat, um anorganische Halbleiter zu ersetzen. In diesem Zusammenhang könnten neuartige, molekulare Multi-Spinterfaces entwickelt werden, um Multifunktionalität in einem niedrigdimensionalen System zu erreichen. Diese stellen einen möglichen Weg zur Entwicklung von Bauelementen zur Speicherung von Quanteninformationen unter Verwendung des molekularen Spinzustands dar. Kürzlich wurde gezeigt, dass die, durch eine dielektrische Schicht induzierte Änderung der Austrittsarbeit, die Anordnung der Elektronenenergieniveaus molekularer Adsorbate verändern und Ladungstransfer durch einsetzendes Tunneln verstärken kann. Da der fraktionierte Ladungstransfer, aufgrund fehlender Hybridisierung, eingeschränkt wird, ist nur ein ganzzahliger Ladungstransfer möglich. Während dies bereits mithilfe eines prototypischen dielektrischen Materials, in Form eines ultradünnen Magnesiumoxid (MgO)-Films, der epitaktisch auf einer Silber (100)-Oberfläche aufgewachsen wurde, gezeigt werden konnte, zielt SPINteger darauf ab, diesen Ansatz zu einem echten Spinterface zu erweitern, welches aus einer Dreischichtkonfiguration mit einem Eisensubstrat besteht, das über eine dünne MgO-Schicht magnetisch an ein molekulares System gekoppelt ist. Das Hauptziel von SPINteger ist die Charakterisierung und Kontrolle der Elektronen- und Lochdynamiken des neuartigen Fe/MgO/M Molekül-Multi-Spinterfaces, welches den spinpolarisierten, ganzzahligen Ladungstransfer ermöglicht. Zu diesem Zweck wird ein hochmoderner multidisziplinärer Ansatz verwendet, der auf Synchrotrontechniken und Femtosekunden-XUV-Lichtquellen basiert. Insbesondere die Kombination von winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie und Dichtefunktionaltheorieberechnungen bietet eine der fortschrittlichsten Methoden zur Charakterisierung von Bandstrukturen: die Photoemissionstomographie (PT). Wir werden die PT auf den Spin- und Zeitbereich ausdehnen, indem wir spinaufgelöste Experimente in großen Impulsraumbereichen sowohl mit Synchrotron- als auch mit fs-XUV-Strahlung durchführen und so Informationen über die besetzten und unbesetzten Molekülzustände sowie deren Dynamik gewinnen. Ganzzahliger Ladungstransfer bedeutet, einen wohldefinierten molekularen Spinzustand als Informationsquant zu erzeugen, der den Weg für die Entwicklung neuartiger Konzepte für Datenspeicherung, Quantencomputer und magnetische Sensoren auf der Grundlage magnetisch gekoppelter einzelner molekularer Spins eröffnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen