Hybride Grenzflächen zwischen Molekülen und anorganischen Quantenmaterialien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Angelo Di Bernardo; Professorin Dr. Elke Scheer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573764948

Die Herstellung von Hybriden aus adsorbierten Moleküllagen auf der Oberfläche anorganischer Quantenmaterialien stellt einen wichtigen Ansatz für die Entwicklung und Untersuchung von Materialsystemen mit besonderen physikalischen Eigenschaften dar. Die geringen Kosten molekularer Materialien, die große Bandbreite ihrer physikalischen Eigenschaften und ihre langen Spin-Kohärenzzeiten machen sie zu einer idealen Plattform für die Quanteninformation und die Spintronik. Die Abscheidung von Molekülen als dünne Schichten und die Bildung hybrider Grenzflächen mit anderen Materialien führt jedoch zumeist zu Veränderungen im Vergleich zu den Eigenschaften der einzelnen Bestandteile, was eine detaillierte Untersuchung dieser hybriden Systeme erfordert, bevor darauf basierende funktionale Bauelemente konzipiert werden können. In den letzten Jahren wurden Hybride aus molekularen und anorganischen Materialien intensiv erforscht, wobei der Schwerpunkt zumeist auf der Untersuchung des molekularen Teilsystems lag. Dadurch bleibt das Potenzial für die Entdeckung neuer Phänomene auf der anorganischen Seite des Hybriden weitgehend unerforscht. Das Fehlen umfassender Studien über die anorganische Seite ist hauptsächlich auf den begrenzten Zugang zu den experimentellen Techniken zurückzuführen, die für die Untersuchung der Eigenschaften von verborgenen Grenzflächen zur Verfügung stehen. Dieses Projekt konzentriert sich auf eine Klasse von molekularen magnetischen Materialien, die als Einzelmolekülmagnete (SMM) bekannt sind und als isolierte Quantenspins mit schwacher Wechselwirkung wirken. Wir schlagen vor, die Physik der Grenzflächen zwischen SMMs und anderen anorganischen Quantenmaterialien (IQMs), insbesondere Supraleitern zu untersuchen. Unser Projekt zielt darauf ab, die lokalen magnetischen und elektronischen Eigenschaften dieser neuartigen Materialgrenzflächen aufzudecken, um ein tieferes Verständnis ihrer grundlegenden Eigenschaften zu erlangen und ihr Potenzial für zukünftige devicebasierte Anwendungen zu erkennen. Am Paul-Scherrer-Institut werden wir SMM/IQM-Hybride mit niederenergetischer-Mμonenspin- Spektroskopie (LE-μSR) untersuchen, die sich bereits in mehreren Kollaborationen, darunter auch unserer, als ideal für diese Untersuchungen erwiesen hat. Diejenigen SMM/IQM-Systeme, bei denen interessante Effekte beobachtet werden, werden wir an der Universität Konstanz zu nanoskaligen Bauelementen strukturieren, die wir auf ihre Tieftemperatur-Magnetotransporteigenschaften hin charakterisieren werden. Die Komplementarität unserer Ansätze und Forschungskompetenzen in den Bereichen Materialwachstum, Bauelementeherstellung und LE-μSR wird dazu beitragen, die faszinierende Physik der SMM/IQM-Hybride zu beleuchten und die Grundlage für ihre künftigen Anwendungen in der Spintronik und in neu entstehenden Quantentechnologien zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Norwegen, Schweiz, USA
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Dr. Matthew Brahlek; Professor Dr. Jacob Linder; Dr. Zaher Salman