Spin-kaloritronischer Transport in magnetoresistiven Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Jean-Philippe Ansermet; Professor Dr. Günter Reiss; Dr. Robert Zierold, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198550269

In diesem Projekt wird der Spin-kaloritronische Transport in verschiedenen Nanostrukturen untersucht, die Magnetowiderstandsverhalten zeigen, wie z. B. einzelne Multilagen-Nanodrähte mit Riesenmagnetowiderstand (GMR), Spinventil- Systeme, die in Nanodrähte integriert sind, Multilagen-GMR-Filme mit Streuatomen an den Grenzflächen und granulare Filme, die einen Tunnelmagnetowiderstand (TMR) aufweisen. 3Omega-Methoden werden angewendet, um Spin abhängige Änderungen der thermischen Leitfähigkeit an Dünnfilmen in der Filmebene und an Nanodrähten zu beobachten. Für letztere könnten gleichzeitige Magnetowiderstandsmessungen Spin abhängige Veränderungen der Lorenzzahl aufzeigen und somit eine Analyse der Gültigkeit des Wiedemann Franz Gesetzes ermöglichen. Der lithographische Ansatz bei dieser Arbeit wird es ermöglichen, sowohl absolute Werte als auch Spin abhängige Änderungen für den Seebeck Koeffizienten in Nanodrahtsystemen und magnetischen Schichten zu erhalten. Durch Kombination dieser Ergebnisse können wir den thermoelektrischen Wirkungsgrad bei Nanodraht -Systemen berechnen und das Effektivitätsmaximum als Funktion des Magnetfeldes bestimmen. Wir werden also beurteilen können, ob Magnetowiderstandssysteme nutzbringend für die Kühlung von magneto-elektronischen Systemen eingesetzt werden können. In der zweiten Förderperiode werden wir uns in dem Projekt auf folgende Aspekte fokussieren: (1) Mit einer umfassenden magneto-thermischen Charakterisierung von AMR - und GMR-Nanostrukturen werden wir die thermoelektrische Gütezahl ZT für granulare TMR-Schichten und GMR-Schichten im Magnetfeld ermitteln. (2) Direkte Messungen der Magnetowärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit vom Magnetowiderstand in GMR-Multischicht-Nanodrähten ermöglicht die Bestimmung der magnetfeldabhängigen Lorenzzahl und lässt eventuell Rückschlüsse auf die Spin-Wärme-Akkumulation zu. (3) Die Magnetisierungsumkehr einzelner Spinventil-(Nanodraht-) Strukturen soll dadurch untersucht werden, dass auf einer frei tragenden mikrostrukturierten Messplattform in einzelnen Nanodrähten intrinsische Joulsche Wärme erzeugt und externe Wärmegradienten angelegt werden. (4) Bei freitragenden Nanodrähten soll der spezifische Beitrag von Domänenwänden zum Seebeck Koeffizienten und zum Magnetowärmewiderstand an zwei Nanodraht-Modellsystemen untersucht werden, nämlich an gebogenen Nanodrähten mit einer gepinnten Domänenwand und an Nanodrähten mit senkrechter magnetischer Anisotropie. Dieses Projekt wird durch Zusammenarbeiten mit drei SPP 1538 Projekten für theoretische Modellierungen unterstützt, nämlich von P. Kratzer (Duisburg), I. Mertig (Halle), und C. Heiliger (Giessen) .

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Kornelius Nielsch, bis 2/2016