Molekularstrahlepitaxie und Magnetotransport von Mangan-Monosilizid Schichten auf (111) Siliziumsubstraten

• Antragsteller: Professor Dr. Karl Brunner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234487974

Wir werden Methoden der Molekularstrahlepitaxie (MBE) von Mangan-Monosilizid (MnSi) Schichten auf Si(111) Substraten entwickeln und diese strukturell, magnetometrisch und mittels Magnetotransport untersuchen. MnSi ist ein magnetisches Metall mit kubischer B20 Kristallstruktur ohne Inversionssymmetrie. Dies bewirkt ein komplexes Magnetotransportverhalten und zahlreiche magnetische Phasen, abhängig von Temperatur und Magnetfeld. Ein Skyrmiongitter mit etwa 20 nm Periode ist die interessanteste magnetische Phase und wurde erst kürzlich durch Neutronenstreuung an MnSi Kristallen nachgewiesen. Unsere Projektziele sind das MBE-Wachstum von MnSi/Si Schichtstrukturen und die fundamentale Charakterisierung ihrer strukturellen und Magnetotransport-Eigenschaften innerhalb und senkrecht zur Schicht. Die lithographische Strukturierung auf Längenskalen vergleichbar mit der Skyrmiongitterperiode wird entwickelt. Die Wechselwirkung geordneter magnetischer Phasen und spinpolarisierter Ströme in Nanostrukturen verspricht neue spintronische Effekte in diesem Si-basierenden Materialsystem.Hochwertige MnSi/Si(111) Schichtsysteme können mittels MBE hergestellt werden, nachdem mittels Festphasenepitaxie eine dünne MnSi Keimschicht gebildet wurde. Dieser Prozess und geeignete MBE-Bedingungen ermöglichen lagenweises Schichtwachstum ohne Bildung unerwünschter Silizid-Phasen. Die Schichten werden bezüglich Einkristallinität, Ebenheit und geringer Defektdichte analysiert und optimiert. Eine kristalline Si Deckschicht soll die Bildung von Manganoxiden an Luft verhindern. Ein Prozess zur Herstellung von Tunneldioden- und Hallbar-Strukturen unter 100 nm Größe mittels Elektronenstrahllithographie wird entwickelt. Magnetische und elektronische Messungen an makroskopischen Teststrukturen werden durchgeführt und bilden die Grundlage für zukünftige spintronische MnSi/Si Nanostrukturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr. Charles Gould