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Visualisierung der Wechselwirkung von magnetischen Defekten in Halbleitern

Ein strategisches, rationales Materialdesign für magnetische Halbleiter setzt ein grundlegendes Verständnis der magnetischen Wechselwirkungsprozesse in diesen Materialien auf der atomaren Skala voraus.Wir konnten auf der Basis modernster ab-initio-Computersimulationen zeigen, dass die Passivierung von Halbleiteroberflächen, beispielsweise mit Wasserstoff, es der spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie ermöglicht, diese Wechselwirkungsprozesse mit atomarer Ortsauflösung abzubilden und zu vermessen. Entscheidend hierbei ist, dass durch die Passivierung die Volumeneigenschaften der magnetischen Defekte auch nahe der Oberfläche erhalten bleiben, was beispielsweise in aktuellen Experimenten an Mn-dotiertem GaAs nicht der Fall ist. Im Gegensatz zu den üblichen spektroskopischen Verfahren wie der Elektronenspinresonanz oder dem zirkularen magnetischen Röntgendichroismus erlaubt es das von uns vorgeschlagene Verfahren, unmittelbar zu sehen, warum Ferromagnetismus in Si schwerer zu erreichen ist als in GaAs.

Mehr dazu: Phys. Rev. B 92, 100407(R) (2015)

Wachstumsabhängigkeit der thermisch induzierten Spinakkumulation in Aluminium/Heusler-Kontakten

Epitaktische Al/Heusler-Systeme können als thermisch betriebene Spininjektoren dienen. Wir haben die thermodynamische Stabilität möglicher Grenzflächen und die elektronischen Transporteigenschaften solcher Systeme mit ab-initio-Verfahren untersucht.

Es hat sich gezeigt, dass die Grenzfläche zwischen Al und epitaktisch aufgewachsenen Heuslerlegierungen des Typs Co2TiZ (Z=Si oder Ge) unter verschiedenen Wachstumsbedingungen stabil ist. Weiterhin haben wir herausgefunden, dass der spinabhängige Seebeck-Koeffizient in Al/Heusler/Al-Systemen stark von der verwendeten Heuslerlegierung und der atomaren Zusammensetzung der Grenzfläche abhängt. Es ist also grundsätzlich möglich, die spinkalorischen Eigenschaften solcher Systeme durch geeignete Wachstumsbedingungen gezielt zu beeinflussen.

Mehr dazu: Phys. Rev. B 89, 184422 (2014)

Große magnetische Anisotropie des Seebeck-Effekts in Cu/Co/Cu-Systemen

Die longitudinale Thermospannung in Cu/Co/Cu-Systemen hängt in oszillierender Weise von der Anzahl atomarer Co-Lagen ab, was eine Konsequenz der sich ausbildenden Quantum-Well-Zustände im Minoritätsspinkanal ist. Darüber hinaus wird sie stark von der Magnetisierungsrichtung der Probe beeinflusst (siehe Grafik).

Die resultierende Magnetothermospannung (MTP) ist viel größer, als man es vom gewöhnlichen anisotropen Magnetowiderstand (AMR) erwarten würde. Unsere Berechnungen im Rahmen der spinpolarisierten Korringa-Kohn-Rostoker-Greensfunktionsmethode, ergänzt um die Landauer-Büttiker-Formel für den elektronischen Transport, stellen einen direkten Zusammenhang zwischen der Größe des MTP-Signals und der Asymmetrie des AMR nahe der Fermi-Energie her. Eine Erhöhung der MTP auf dieser Basis bietet die Möglichkeit, effiziente thermoelektrische Leseköpfe mit nur einer ferromagnetischen Schicht herzustellen.

Mehr dazu: Phys. Rev. B 88, 104425 (2013)

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