Spinaronische Anregungen in magnetischen Nanostrukturen auf Edelmetallen.

• Antragsteller: Professor Dr. Samir Lounis; Dr. Artem Odobesko
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550485402

Das Verständnis der Wechselwirkung zwischen einem atomaren Spin und den Leitungselektronen des Substrats ist ein grundlegendes Thema in der Festkörperphysik. Gemäß dem wegweisenden Kondo-Modell schirmen die Spins der Elektronen effektiv den Fremdspin ab und führen zu einem korrelierten Zustand mit vielen Elektronen. Seit über zwei Jahrzehnten stellt dieses Kondo-Modell die vorherrschende Erklärung für spektroskopische Beobachtungen von einzelnen magnetischen Adatomen auf den Oberflächen von Münzmetallen dar. Allerdings stellt ein kürzlich entwickelter theoretischer Ansatz diese traditionelle Sichtweise in Frage, indem er eine alternative Erklärung für die Zero-Bias-Resonanz bietet. Im Gegensatz zum Kondo-Modell spielt die magnetische Anisotropie des Fremdatoms, also die Neigung, den magnetischen Moment im Raum auszurichten, eine wichtige Rolle. Ein Co-Atom auf einer Cu(111)-Oberfläche zeigt eine bemerkenswerte out-of-plane magnetische Anisotropie, was zu Spinanregungen führt, die mit den Leitungselektronen interagieren. Der resultierende Zustand mit vielen Elektronen wurde als "spinaron" bezeichnet und zeigt eine spektroskopische Signatur in der Rastertunnel-Spektroskopie (STS), die kaum von der Kondo-Resonanz zu unterscheiden ist. In einer wegweisenden Studie, veröffentlicht in Nature Physics, haben wir nun eine spinpolarisierte Rastertunnel-Spektroskopie eingesetzt, um die Gültigkeit eines langjährigen Modellsystems für den Kondo-Effekt in Frage zu stellen. Unsere experimentelle Arbeit liefert die erste empirische Evidenz für die Existenz von spinarons in Co-Atomen auf Cu-Oberfläche. Angesichts dieser faszinierenden Ergebnisse ergeben sich zahlreiche Fragen: Können spinarons in anderen Probensystemen beobachtet werden, indem man 3d-Übergangsmetalladatome wie Fe, Cr oder Mn mit (111)-, (110)- oder (100)-orientierten Edelmetalloberflächen kombiniert? Wenn ja, welche Faktoren beeinflussen die Bildung von spinarons, einschließlich der Größe und Ausrichtung der magnetischen Anisotropieenergie (MAE)? Wie wirkt sich die Stärke der Hybridisierung mit dem Substrat auf die Bildung von spinarons aus? Welche Rolle spielt die Spin-Bahn-Kopplung (SOC) des magnetischen Adatoms? Können spinarons miteinander interagieren und eventuell einen kollektiven und delokalisierten spinaron-Zustand bilden? Schließlich, könnten spinarons zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands beitragen? Das vorgeschlagene Projekt und Forschungsplan zielen darauf ab, diese Fragen durch eine gemeinsame Anstrengung der experimentellen und theoretischen Expertise der beteiligten Forschungsgruppen zu klären. Durch eine systematische Untersuchung streben wir an, weitere Erkenntnisse über die Eigenschaften und Verhaltensweisen von spinarons zu gewinnen und deren Bedeutung im Bereich der Festkörperphysik aufzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen