Heterostrukturen zur Erforschung altermagnetischer und supraleitender Spintronik

• Antragsteller: Professor Jairo Sinova, Ph.D.; Dr. Libor Smejkal; Privatdozent Dr. Andy Thomas
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545503637

Altermagnetismus beschreibt eine Symmetrieklasse von kompensierten Magneten, bei denen die Spinsymmetriegruppe, zu der sie gehören, alternierende Spinpolarisationen sowohl im Realraum als auch im Impulsraum der nichtrelativistischen elektronischen Struktur ermöglicht. Altermagnete vereinen Vorzüge von Ferromagneten, wie Magnetowiderstand und Spintorque-Effekte, und Vorzüge von Antiferromagneten, wie verschwindende Magnetisierung und THz-Dynamik, die bisher als prinzipiell unvereinbar galten. Darüber hinaus haben sie Vorzüge, die in keiner der beiden oben genannten traditionellen magnetischen Phasen zu finden sind: Zum Beispiel den unkonventionellen Spin-Splitter-Effekt und die Fähigkeit, spinpolarisierte Triplett-Supraleitung zu zeigen. Die Entwicklung neuer Wege in der Spintronik, die Altermagneten nutzt, erfordert nun die direktere Demonstration und das detailliertere Verständnis von zusätzlichen, zentralen (spin-)physikalischen Effekten und in weiteren Materialien. Bislang wurden vier Altermagnete experimentell nachgewiesen: RuO2, MnTe, Mn5Si3 und CrSb. Nicht nur die Wahl des altermagnetischen Materials ist von Bedeutung, sondern auch die Wahl weiterer Materialien und die Optimierung der Grenzflächen, aus denen eine Heterostrukturen bestehen, sind entscheidend, um die Spinpolarisation von Altermagneten zu nutzen. In diesem Projekt wird die zentrale Spinphysik demonstriert, die mit der Fähigkeit von Altermagneten verbunden ist, keine Nettomagnetisierung und dennoch eine Spinpolarisation aufzuweisen. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der experimentellen Beobachtung des Tunnelmagnetowiderstands und der Spin-Transfer-Torque-Effekte sowie der spinpolarisierten Triplett-Supraleitung und ihrer theoretischen Modellierung in tatsächlichen Heterostrukturen. Wir werden Mn-basierte Materialien wie Mn5Si3 und MnTe als Modellmaterialsysteme verwenden, die in Ad-hoc-Heterostrukturen eingebettet sind. Der große Vorteil unseres Konsortiums liegt darin, dass wir bisher die einzigen sind, die das Wachstum von altermagnetischem Mn5Si3 beherrschen und anschließend seinen altermagnetischen Charakter nachweisen und manipulieren konnten. Auf diesem Durchbruch aufzubauen, ist eine der Hauptantriebskräfte des vorliegenden Antrags, da er es uns ermöglicht, die Spinpolarisation für die altermagnetische Spintronik unter Verwendung von Ad-hoc-Heterostrukturen weiter zu erforschen. Die Partnerschaft zwischen zwei deutschen (IFW und JGU) und zwei französischen Laboratorien (SPINTEC und CINaM) bringt eine einzigartige Kombination von Know-how und experimentellen Fähigkeiten mit sich. Spezielle Proben können mit verschiedenen Ansätzen untersucht werden und das Konsortium kombiniert hochwertige Dünnschichtabscheidung, Nanofabrikation, Supraleitung, Magneto-Transport auf der Grundlage von Tunnelmagnetowiderstand und Spin-Drehmoment-Manipulation sowie verschiedene materialspezifische, theoretische Modellierungsmethoden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Vincent Baltz; Professorin Dr. Lisa Michez