Neuartige Bauelementkonzepte zur Erzeugung von Spinströmen in Graphen

• Antragsteller: Dr. Bernd Beschoten
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323829711

Das wichtigste Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der intrinsischen Spintransporteigenschaften in ein- und in mehrlagigem Graphen. Graphen ist ein zweidimensionaler Kristall aus Kohlenstoffatomen, der sehr lange Spindiffusionslängen und Spinlebensdauern verspricht. Beide sind eine wichtige Voraussetzung zur Realisierung von spinabhängigen Bauelementen. Da das Material ausschließlich aus Oberflächenatomen besteht, werden besondere Sorgfalt und technisches Wissen benötigt, um seine intrinsischen Eigenschaften zu untersuchen. Um diese Herausforderung zu meistern, wollen wir zunächst Graphen durch hexagonales Bornitrid sowohl von der Ober- als auch von der Unterseite komplett einschließen, um den besten möglichen Schutz gegen Umgebungsbedingungen sowie Chemikalien und Lösungsmittel zu ermöglichen. Bei diesem Ansatz soll der elektrische Kontakt zum Graphen durch die Randkohlenstoffatome der Graphenschicht hergestellt werden. Wir erwarten, dass wir dadurch die intrinsischen Spinstreumechanismen im Graphen bestimmen können. Dank der hohen Ladungsträgerbeweglichkeiten im Graphen sollen diese Strukturen auch für ballistische Spintransportexperimente genutzt werden und bieten zusätzlich die Möglichkeit den Einfluss der Graphen-Ränder auf den Spintransport zu untersuchen. Des Weiteren wollen wir die Spininjektions und -detektionsbarrieren durch die Unterdrückung der Ausbildung von leitenden Pinholes in den Oxidschichten in nichtlokalen Spinventilen substantiell verbessern, die mit der bottom-up Methode hergestellt werden. Bei dieser Methode wird die Graphen-Schicht mechanisch auf vordefinierte Co / MgO Elektroden abgelegt. In einem weiteren Arbeitspaket wollen wir Methoden zur Kontrolle der Spinpolarisationsrichtung injizierter Spinströme erarbeiten, die dafür keine externen Magnetfelder benötigen. Dazu sollen Metalle mit einem starken Spin-Hall-Effekt für die elektrische Spininjektion in das Graphen genutzt werden. Die injizierte Spinpolarisation soll dabei nicht-lokal durch benachbarte ferromagnetische Detektoren nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Stampfer