Spin-Effekte im Magnetotransport von lateralen Halbleiter-Übergittern

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Suhrke
• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5466330

Laterale Halbleiter-Übergitter zeigen bei kleinen Magnetfeldern dramatische Änderungen des Magnetowiderstands, die sich aus der Kommensurabilität des Zyklotronradius der Elektronen und der lateralen Gitterkonstante erklären lassen. Sie sind damit ein Paradebeispiel für die Realisierung von ballistischem, durch die Geometrie der künstlich aufgeprägten Struktur dominiertem Elektronentransport. Bisher wurden sie vorzugsweise im Materialsystem AlGaAs/GaAs realisiert, wobei die laterale Struktur sowohl rein elektrostatisch als auch durch eine periodische Anordnung von Nanomagneten erzeugt wurde. Der Spin der Elektronen spielte in diesen Strukturen keine Rolle. In letzter Zeit wächst jedoch das Interesse an einer Elektronik, die den Spin explizit ausnutzt. Zudem gewinnen Heterostrukturen auf InAs-Basis an Bedeutung, in denen die Spin-Bahn-Wechselwirkung und die Zeeman-Aufspaltung nicht mehr vernachlässigbar sind. Mit den lateralen Übergittern bietet sich ein Zugang zum Studium von Spineffekten im Magnetotransport in künstlichen Strukturen.Im experimentellen Teil des Projektes sollen laterale Übergitter auf InAs-Heterostrukturen hergestellt und deren Transporteigenschaften untersucht werden. Ein spezieller Vorteil dieses Materialsystems sind die Oberflächennähe des zweidimensionalen Elektronengases sowie fehlende Verarmungszonen, wodurch die Realisierung kleiner Gitterkonstanten (um 100 nm) möglich wird. Von besonderem Interesse im Rahmen der geplanten Forschergruppe ist das Aufbringen magnetischer Nanostrukturen auf die InAsSchichten, was über das räumlich variierende magnetische Streufeld gegebenfalls zu einer lokalen Spindichte-Modulation führt.Der theoretische Teil des Projektes soll sich mit quantenmechanischen Rechnungen zum Magnetotransport in lateralen Übergittern auf InAs-Basis befassen. Erforderlich wird das Hinausgehen über eine klassische Beschreibung, wie sie bisher häufig erfolgreich war, einerseits durch die zu erwartende experimentelle Realisierung kleinerer Gitterkonstanten in der Größenordnung der Fermi-Wellenlänge der Elektronen und andererseits durch die Notwendigkeit der Einbeziehung des Elektronen-Spins. Dazu sind vorhandene theoretische Konzepte und Rechenprogramme auf der Grundlage der quantenmechanischen Kubo-Formel um den Spin-Freiheitsgrad zu erweitern. Spin-Effekte sollten aufgrund der elektrostatischen Modulation schon im magnetfeldfreien Fall allein aus der Spin-Bahn-Kopplung und aufgrund der magnetostatischen Modulation zusätzlich aus dem Zeeman-Term resultieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 370: Ferromagnet-Halbleiter-Nanostrukturen: Transport, magnetische und elektronische Eigenschaften
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Ulrich Rössler; Professor Dr. Dieter Weiss