Nitride für Quantentunneln und topologische Phänomene

Galliumnitrid (GaN) und seine Verbindungen haben in den letzten Jahrzehnten wegen des bemerkenswert breiten Anwendungsspektrums für technologisch relevante Applikationen erhöhte Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Während Nitrid-basierte Verbindungensich im Bereich der sichtbaren und ultravioletten Festkörper-Optoelektronik und für Hochleistungselektronik ohne Zweifel durchgesetzt haben, ist durchaus noch genügend Raum für dieses Materialsystem gegeben, um im Gebiet der Spintronik, des Magnetismus, der Supraleitung und für deren Schnittpunkte Funktionalitäten in Aussicht zu stellen. Im Rahmen früherer geförderter Projekte haben wir dabei ein umfangreiches Protokoll des epitaktischen Wachstums, spezieller (Nano)Charakterisierung und theoretischer Analyse erstellt. Dieses erlaubte uns zu zeigen, dass die kontrollierte Korrelation und Reproduzierbarkeit von Fabrikationsparametern, die strukturelle Anordnung und die physikalisch/chemischen Eigenschaften von magnetisch dotierten Nitriden zu bemerkenswerten Funktionalitäten führen, eingeschlossen folgender Punkte: [i] ferromagnetische Interaktion bei Fehlen von freien Ladungsträgern; [ii] Engineering von magnetischen Komplexen, die das photonische Leistungsspektrum von GaN- basierten Materialien in den Infrarotbereich erweitern und zusätzlich die Einstellung des Spinzustands des Systems erlauben; [iii] Anordnung von planaren Feldern von in GaN eingebetteten magnetischen Nanokristallen mit einstellbarem magnetischen Ansprechverhalten (ferromagnetisch oder antiferromagnetisch). Das Hauptziel dieses Projekts liegt daher darin, diese erst kürzlich erreichten Fortschritte zu nutzen, um Nitrid-basierte Hybridstrukturen zu entwickeln, bei denen halbleitende, (ferro)magnetische und supraleitende Eigenschaften in Anwesenheit von Spin-Bahn-Kopplung kombiniert werden, um: spintronische Funktionalitäten (Spin Hall und Spinfilter Effekte) zu demonstrieren; GaN und (Ga,Mn)N-basierte Struktruren als potentielle topologische Isolatoren zu testen; Ausschau nach Signaturen von Majorana Fermionen zu halten, die aus Supraleitung und von ferromagnetischen Naheffekten resultieren. Die vorgeschlagenen Forschungsaktivitäten dieses Projekts, die substantiell auf dem Studium des Zusammenspiels zwischen Austauschwechselwirkung, Spin-Bahn-Kopplung und Supraleitungs- Korrelationen beruhen, werden daher höchstwahrscheinlich einen bemerkenswerten Einfluss speziell auf die Funktionalitäten des Schlüsselmaterialsystems und generell auf die Aussichten von topologischen Materialien und topologischen Anregungen haben, die für zukünftige Entwicklungen im Bereich der Informationsverarbeitung eine wesentliche Rolle spielen werden.

Das Verständnis und die Kontrolle neuartiger Materialkombinationen, die den immer anspruchsvolleren Anforderungen aktueller und zukünftiger Funktionalitäten entsprechen, gehören zu den Hauptzielen der heutigen Forschung. Im Rahmen dieses Projekts haben wir das zuvor entwickelte Protokoll zur Herstellung und fortgeschrittenen Charakterisierung weiterentwickelt und auf neue Klassen von Materialien und Strukturen ausgedehnt, um neu auftretende Mechanismen zu identifizieren, die an der Schnittstelle von (magnetischem) Material entstehen. Halbleiter, topologische Isolatoren, 2D-Schichtsysteme und Supraleiter. Insbesondere haben wir gezeigt: (i) das Potenzial nichtmagnetischer Heterostrukturen auf Nitridbasis (die auf dem Gebiet der Photonik und Hochleistungselektronik bereits von hoher Relevanz sind) als Wirte von Spinströmen; (ii) das Engineering der Magnetisierung in magnetisch dotierten Nitriden über ein elektrisches Feld und durch einen piezoelektromagnetischen Effekt; (iii) die Möglichkeit kristalliner magnetischer topologischer Isolatoren mit Hall-Effekten, die unempfindlich gegenüber Störungen und Defekten sind. Darüber hinaus haben wir den Weg für das Verständnis und die Kontrolle von antiferromagnetischen 2D-Schichtstrukturen geebnet und ein System entwickelt, das hochempfindliche Andreev-Reflexion und Mikroskopie sowie kryogene Temperaturen und hohe Magnetfelder kombiniert und die Untersuchung exotischer physikalischer Objekte ermöglicht. wie zB Majorana-Fermionen stabilisierten sich an den Stufenrändern topologischer Oberflächen. Wir sind zuversichtlich, dass unsere Ergebnisse Hybrid-Heterostrukturen nicht nur als Bausteine für die nächste Generation nichtflüchtiger, energiesparender Bauelemente, sondern auch als aktive Elemente zum Nachweis von beispielsweise schwer fassbarer dunkler Materie breite Möglichkeiten eröffnen .