Multiferroische Rashba-Halbleiter basierend auf GeTe

Multiferroika sind neuartige Materialien mit herausragenden physikalischen Eigenschaften in denen Ferromagnetismus und Ferroelektrizität gleichzeitig vorhanden ist. Sie sind daher von großem Interesse für neuartige elektronische Bauelemente wie Sensoren und programmierbare Logik- und Datenspeicher Systeme. Magnetisch dotierte Legierungen basierend auf GeTe mit eingebauten Übergangsmetallatomen wie Mangan, Chrom oder Vanadium sind attraktive Materialen für die Realisierung von multiferroischen Systemen. Dies basiert darauf, dass die Germanium Atome für die Ferroelektrizität verantwortlich sind,währenddie Mangan oderChromAtomeden Ferromagnetismus induzieren durch langreichweitige Ordnung der magnetischen Momente. Interessant ist vor allem die Kopplung zwischen Ferromagnetismus und Ferroelektrizität in diesen Materialien, deren Eigenschaften allerdings bisher noch wenig untersucht wurde. Ziel des Forschungsprojektes der Johannes Kepler Universität Linz ist es dünne Schichten dieser neuartigen multiferroischen Verbindungen herzustellen und damit eine Plattform für die Kontrolle der magnetischen und elektrischen Eigenschaften und praktischen Anwendungen zu etablieren. Insbesondere soll durch das Forschungsprojekt gezeigt werden wie die ferromagnetische und ferroelektrische Eigenschaften sowie deren Kopplung unabhängig voneinander eingestellt werden können, und die entsprechenden Phasenübergangstemperaturen erhöht werden können was für mögliche Anwendungen wichtig ist. Ziel der Untersuchungen ist es neue physikalische Effekte zu beobachten und ein Verständnis für die zugrunde liegenden Mechanismus zu entwickeln. Dazu werden einen Vielzahl von experimentellen und theoretischen Methoden in Kooperation mit internationalen Forschungspartnern angewendet, diees erlaubenalle Aspekte von Materialentwicklung, Wachstum von dünnen Filmen, magnetischer Dotierung, Strukturanalyse, Mikroskopie, sowie Untersuchungen mittels Synchrotronstrahlung und theoretischer Modellierung abzudecken.

Multiferroika sind neuartige Materialien mit herausragenden physikalischen Eigenschaften in denen Ferromagnetismus und Ferroelektrizität gleichzeitig vorhanden ist. Sie sind von großem Interesse für elektronische Bauelemente wie Sensoren und programmierbare Logik- und Datenspeicher Systeme. Magnetische Legierungen basierend auf GeTe mit eingebauten Übergangsmetallatomen wie Mangan, Eisen oder Chrom sind attraktive Kandidaten für die Realisierung von multiferroischen Systemen. Dies basiert darauf, dass die Germanium Atome für die Ferroelektrizität verantwortlich sind, während Mangan, Eisen oder Chrom Dotieratome den Ferromagnetismus induzieren, womit beide Eigenschaften unabhängig voneinander eingestellt werden können. In dem Forschungsprojekt an der Johannes Kepler Universität Linz wurden dünne einkristalline Schichten dieser neuartigen multiferroischen Materialien hergestellt und mit einem breiten Spektrum an Methoden untersucht, einschließlich einer Vielzahl von Experimenten an europäischen Großforschungseinrichtungen wie Synchrotrons. Damit wurde die Kopplung zwischen Ferromagnetismus und Ferroelektrizität und elektronischen Eigenschaften demonstriert und die dadurch hervorgerufenen speziellen Spin-Muster aufgeklärt. Darüber hinaus konnte durch zeitaufgelösten Photoelektronenspekroskopie die Dynamik der Elektronen auf einer Femtosekunden Skala untersucht und damit neue Möglichkeitern für die ultra-schnelle Manipulation von Elektronenspins aufgezeigt, was für zukünftige Spinbauelemente von großer Wichtigkeit ist.