Hierarchische Superstrukturen aus ferromagnetischen Halbleiter-Nanopartikeln: Synthese und Erforschung von Magnetoresistiven Phänomenen.

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Polarz
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530448167

Materialien, die gleichzeitig Halbleiter- und magnetische Eigenschaften sind, stellen Kandidaten für einen Durchbruch in der Informationstechnologie dar. Die sogenannte Spin-basierte Elektronik erfordert Substanzen, die spinpolarisierte Ströme erzeugen und verarbeiten können. Die Aufmerksamkeit galt in der Vergangenheit verdünnten magnetischen Halb-leitern, also klassischen Halbleitern, die mit paramagnetischen Ionen dotiert sind. Intrinsisch ferromagnetische Halbleiter wie Europium(II)-Oxid (EuO) wurden sehr viel weniger untersucht, obwohl sie Modellmaterialien für die Erforschung und das Verständnis grundlegender Effekte sind, darunter magnetoresponsiver Eigenschaften. Diese Klasse von Festkörpern zeigt besondere Phänomene und neue Eigenschaften in der Spintronik, der Magneto-Elektrizität im Allgemeinen und auch der Magneto-Optik. Im Gegensatz zu anderen Halbleitermaterialien wie ZnO, TiO2, Fe3O4 usw. ist jedoch unbekannt, wie die Nanomorphologie (Größe und Form) die Eigenschaften beeinflusst. Weil für die für derartige Metalloxide gut funktionierende Herstellungsmethoden wie Sol-Gel oder Fällungen im Falle von Europium in der Oxidationsstufe +II versagen, existiert derzeit keine Methode zur Herstellung von maß-geschneiderten EuO-Nanostrukturen und insbesondere von definierten EuO-Nanopartikeln. Ziel des aktuellen Projekts ist es, diese Lücke zu schließen und die Auswirkungen der Partikelmorphologie auf die elektronischen, optischen, magnetischen und magneto-elektrischen Eigenschaften zu untersuchen. Unser Konzept basiert auf einer indirekte Herstellung von EuO, indem man Opfertemplate aus einem anderen Material wie z. B. ZnO verwendet. Wir konnten bereits die Umwandlung von ZnO-Mikrokristallen in EuO unter Beibehaltung der Partikelform und -gestalt zeigen, was die Grundlage für den Schritt hin zur Nanoskala dar-stellt. Wir werden EuO Nanostäbchen mit einstellbarem Aspektverhältnis ausgehend von entsprechenden ZnO Nanokristallen herstellen, die mit elementarem Europium Dampf behandelt werden. Die optimalen Bedingungen für die Reduktion von Zn2+ zu Zn0 gefolgt von der Entfernung des Zn und Substitution durch Eu werden identifiziert. Die Analyse der magnetischen Eigenschaften wird neue Erkenntnisse über Form-Eigenschafts-Korrelationen liefern. Die hergestellten EuO Nanokristalle zur Selbstorganisation eingesetzt werden, um periodische Anordnungen auf einem Substrat und neue Partikel-basierte Materialien mit höchstgradig anisotropen Eigenschaften zu erhalten. Der Schwerpunkt wird auf der Untersuchung der magneto-elektrischen Eigenschaften oberhalb, unterhalb und nahe der Curie-Temperatur liegen. Die in diesem Projekt vorgeschlagenen partikelbasierten, periodischen EuO-Nanostäbchen-Überstrukturen sind Kandidaten für magnetische Direktzugriffsspeicher (mRAMs). Der Vorteil ist, dass im Vergleich zu herkömmlichen Transistoren der Leitfähigkeitszustand auch ohne die Notwendigkeit der Zuführung von Energie beibehalten werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen