Zusammenwirken starker Spin-Bahn- und Austauschwechselwirkungen in Graphen

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Rader
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 173709208

Graphen ist weder schwer noch magnetisch und weist daher weder starke Spin-Bahn- noch Austauschwechselwirkungen auf. In der ersten Förderperiode haben die Bedingungen für riesige (100 meV) Spin-Bahn-Aufspaltungen im Graphen ermittelt, nämlich durch Bildung einer Grenzschicht mit Au oder Ir. Wir fanden ebenfalls die Bedingungen für stark spinpolarisierte Dirac-Fermionen an der Grenzschicht zu Co (ebenso wie Fe und Ni). In beiden Fällen bleibt der Dirac-Punkt erhalten, ohne dass sich eine Bandlücke ausbildet. In der zweiten Förderperiode möchten wir diese beiden Effekte kombinieren, und zwar mit zwei Zielen: Erstens (Arbeitspaket 1) einem Rashba+Austasuch-Effekt, wobei die Rashba-Verschiebung in k// durch die Probenmagnetisierung gesteuert werden soll. Ein solcher Effekt ist bereits für einen Oberflächenzustand von Gd(0001) beobachtet worden. Wir versuchen einerseits zu interkalieren, andererseits Graphen mit CVD auf einer Legierung wachsen zu lassen. Im Arbeitspaket 2 wollen wir auch das Zusammenwirken von Spin-Bahn- und Austauschwechselwirkung nutzen, jedoch mit dem Ziel, eine Bandlücke am Dirac-Punkt des Graphen mit der Spin-Bahn-Wechselwirkung zu erzeugen, wozu ein Rashba-Effekt nicht ausreicht. Mehrere Vorhersagen finden sich in der Literatur für einen Quanten-Spin-Hall-Effekt und auch einen quantisierten anomalen Hall-Effekt, wobei ähnliche Voraussetzungen wie bei den von uns untersuchten Systemen angenommen werden. Schließlich suchen wir in Arbeitspaket 3 nach stark erhöhten Kondo-Temperaturen von magnetischen Adatomen auf Graphen, die kürzlich für den Fall vorhergesagt wurden, dass das Graphen einer Rashba-Spin-Bahn-Wechselwirkung unterliegt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene