Variables Hall-Messsystem

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511340083

Der Hall-Effekt tritt in ferromagnetischen Materialien als anomaler Hall-Effekt in Erscheinung, wo er proportional zur z-Komponente der Magnetisierung einer dünnen, ferromagnetischen Schicht ist. Er lässt sich verwenden zur Charakterisierung des Magnetisierungszustands eines magnetischen Schichtsystems oder auch einer magnetischen Mikrostruktur. Dabei lassen sich diverse Parameter der Magnetisierungskurve eines Bauelements direkt elektrisch ermitteln, die nicht oder nur schwierig mit anderen Techniken zugänglich sind. Daher ist die Charakterisierung magnetischer Dünnschicht-Systeme und -Bauelemente mit dem anomalen Hall-Effekt inzwischen ein Standardverfahren der Spintronik-Forschung. Im vorliegenden Antrag wird die Anschaffung eines variablen Hall-Effekt-Messystems für die „Neue Materialien Elektronik“-Arbeitsgruppe an der TU Darmstadt vorgeschlagen. Die Arbeiten der Arbeitsgruppe liegen im Bereich intermetallischer Materialien für die Spintronik, antiferromagnetischer Spintronik und Spin-Orbit Torques. Die wesentlichen Komponenten des Messsystems sind ein wassergekühlter Elektromagnet für Magnetfelder bis zu 2T (bei 20mm Polabstand), ein angepasster Kryostat für elektrische Messungen zwischen 10K und 400K und Messelektronik für DC und AC-Lock-In-Messungen. Das Messsystem wird bewusst offen gestaltet, um flexibel auf die verschiedenen Anforderungen der Spintronik-Forschung reagieren zu können. So soll das System geeignet sein, den anomalen Hall-Effekt zur Standard-Charakterisierung von magnetischen dünnen Schichten und Mikrostrukturen einzusetzen, aber auch zur Untersuchung des Spin-Hall-Effekts und des Spin-Hall Magnetwiderstands mittels planarer Hall-Messungen, und zur Erforschung des elektrischen Schaltens der Magnetisierung mittels der Spin-Orbit-Torques in komplexen Multilagen-Systemen bei variabler Temperatur. Die offene Bauweise des Elektromagneten soll zudem die Installation von Laser-Strahlpfaden erlauben, die magnetische Charakterisierungen mittels des magnetooptischen Kerr-Effekts erlauben. Damit wird das hier beantragte variable Hall-Effekt-Messsystem zu einem zentralen Arbeitsgerät für die vielfältigen Fragestellungen, die von der Arbeitsgruppe untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Variables Hall-Messsystem
• Gerätegruppe: 0150 Geräte zur Messung der magnetischen Materialeigenschaften
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Leiter: Professor Dr. Markus Meinert