Nanoelektromechanische Systeme (NEMS) gekoppelt an einen Einzelmolekülmagneten: Anwendung zur Untersuchung der Drehimpulserhaltung und Nanomagnetometrie

• Antragsteller: Professor Wolfgang Wernsdorfer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387202136

Kohlenstoffnanoröhren (CNT) sind ein wesentlicher Baustein in nanoelektromechanische Systemen (NEMS) geworden. Aufgrund ihrer geringen Masse und ihres hohen Elastizitätsmoduls ergeben sich hohe Eigenfrequenzen, die eine Kühlung in den Grundzustand ermöglichen. Darüber hinaus ermöglicht die starke Kopplung zwischen mechanischer Bewegung und Ein-Elektronen-Tunneln das elektronische Auslesen von mechanischen Bewegungen im nm-Regime. Somit können CNT-NEMS für ultrasensitive Massensensoren oder als magnetische Drehmomentdetektoren für Einzelspinsysteme verwendet werden.Aufbauend auf unseren Erfahrungen der letzten Jahre, schlagen wir vor, neue hybride Prototyp-Molekül-Bauelemente mit nanomechanischen Systemen zu entwickeln, die neue Möglichkeiten für eine schnellere Auslesung molekularer Spinzustände und für Studien zur Drehimpulserhaltung und zu nicht-klassischen Bewegungszuständen eröffnen.Das Projekt gliedert sich in 3 Teilbereiche (T): Teilbereich T1 (1. Jahr) bildet die Basis aller anderen Teilbereiche und widmet sich der Herstellung von CNT-Bauelementen. Wir werden verschiedene Methoden anwenden, mit dem Ziel, die beste Methode in Hinblick auf Zeitaufwand und Reproduzierbarkeit auszuwählen. Teilbereich T2 (2. Jahr) betrifft die Kopplung der mechanischen Bewegung einer CNT mit dem Spin-Moment eines Moleküls. Es werden verschiedene Abscheideverfahren von CNTs und Molekülen getestet. Wir werden dann den Spin-Ventil-Effekt verwenden, um das Umklappen der magnetischen Momente zu erfassen und im Detail die Erhaltung des Drehimpulses zu untersuchen (Quanten-Einstein-de Haas-Effekt). In Teilbereich T3 (3. Jahr) beabsichtigen wir, die CNT als empfindlichen Drehmoment-Detektor für die Spin-Umkehr zu verwenden.Dieses Projekt wird durch starke Kooperationen mit Chemikergruppen unterstützt. Es ist einerseits in der Grundlagenforschung angesiedelt, es werden aber andererseits auf lange Sicht auch Anwendungen in der Quantenelektronik erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Christoph Sürgers