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B9: Spin-Pumpen und Tunneln in ferromagnetischen Oxid-Hetero- und Hybridstrukturen

Das Projekt untersucht zwei Spin- bzw. Magnetismus-basierte Transportphänomene in oxidischen Hetero- und Hybridstrukturen. Eines dieser Phänomene ist das Spinpumpen, wobei ein besonderes Gewicht auf dem Spinpumpen in komplexe Oxide hinein und durch komplexe Oxide hindurch liegt. Spin-Pumpen aus ferromagnetischen Oxiden in Metalle ist in den vergangenen Jahren bereits intensiv untersucht worden. Verschiedene Gruppen haben gezeigt, dass durch ferromagnetische Resonanz in Yttrium-Eisen-Granat (YIG) Spinströme in dünne Platinschichten aber auch in verschiedene andere Materialien injiziert werden können, wo sie über den inversen Spin-Hall-Effekt nachgewiesen werden.

Diese Materialien waren jedoch typischerweise Metalle. In der letzten Förderperiode haben wir erstmals gezeigt, dass das Spinpumpen nicht nur aus einem Oxid heraus geschehen kann, sondern dass die Spinströme auch in ein komplexes Oxid (in unserem Fall SrRuO₃ oberhalb T_C) injiziert werden und dort inversen Spin-Hall-Effekt erzeugen können. Zum Spinpumpen konnten in diesem Fall sowohl YIG als auch La_0.7Sr_0.3MnO₃ eingesetzt werden.

Diese Experimente sollen nun auf weitere Oxide ausgedehnt werden. Zusätzlich wird das Spinpumpen von oxidischen Zwischenschichten in vollständig epitaktischen Systemen untersucht, wobei ein besonderes Augen­merk auf dem Einfluss von antiferromagnetischen Zwischenschichten liegt, für die kürzlich ein bemerkenswerte Erhöhung des Spinpumpens in YIG/AFM/Pt nachgewiesen wurde.

Weiterhin konnte in der letzten Periode durch uns gezeigt werden, dass der anisotrope Tunnelmagnetowiderstand (TAMR), der nach dem Stand der Forschung auf wenige Prozent begrenzt war, in epitaktischen oxidischen Systemen auf deutlich über 60% erhöht werden kann. Hierbei werden Strukturen eingesetzt, die aus einem ferromagnetischen Oxid mit epitaktischer Tunnelbarriere und einem nichtmagnetischen Metall bestehen.

Neben dem Einfluss der Barriere und der Gegenelektrode soll in den nun geplanten Experimenten vor allem untersucht werden, welchen Einfluss eine ferroelek­trische Barriere hat. Da die Größe und Signatur des TAMR vor allem von den elektronischen Zuständen an der Grenzfläche des ferromagnetischen Oxids zur Tunnelbarriere abhängt, ist hier sowohl durch direkten Einfluss der ferroelek­trischen Polarisation als auch durch magnetoelek­trische Kopplung eine weitere Verstärkung bzw. Modulation des Effektes (ganz ohne zweite magnetische Elektrode) zu erwarten.

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