Optische und elektrische Kontrolle von Magnetisierung und Magneto-optischer Funktionalität in Halbleiter-Nanopartikeln und Nanopartikel-Bauelementen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Bacher
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214348296

Eine zentrale Herausforderung im Bereich angewandter Forschung ist die Realisierung von Materialien und Bauelementen mit kombiniert elektrischer, magnetischer und optischer Funktionalität bei Raumtemperatur. Projektziel ist es, ein Verständnis der magnetooptischen Eigenschaften in kolloidalen, magnetisch dotierten Halbleitern (Quantenpunkte, Nanocluster und Nanobänder) zu erarbeiten und darauf aufbauend Konzepte zur optischen und elektrischen Kontrolle von Magnetismus und magneto-optischer Funktionalität zu entwickeln. Wir profitieren dabei von weltweit einzigartigen Nanomaterialien, welche bei unseren Schlüsselpartnern, Prof. Hyeon, U Seoul, Korea und Prof. Gamelin, U Washington, USA, entwickelt werden. Die Zielsetzung kann in zwei wesentliche Teilziele untergliedert werden. Das erste Teilziel beinhaltet die elektrische Kontrolle der magnetooptischen Funktionalität über eine Ladungsträger induzierte Änderung der Spinausrichtung der magnetischen Dotieratome. Dazu sollen magnetisch dotierte Halbleiter-Nanokristalle in Bauelement-Architekturen eingebettet werden, welche eine gezielte elektrische Injektion von Elektronen und/oder Löchern erlauben. Dies ermöglicht u.a. eine separate Bestimmung der Wechselwirkung von Elektronen bzw. von Löchern mit magnetischen Dotieratomen. Das zweite Teilziel basiert auf unseren jüngsten Ergebnissen zu digital dotierten Nanoclustern bzw. Quantenpunkten. Hier wird das ultimative Limit dotierter Halbleiter adressiert: Einzelne Nanokristalle, dotiert mit einer kontrollierten Anzahl von Übergangsmetallatomen bis herunter zu einem sollen studiert werden. Dies ist ein Schritt in Richtung Solotronics, ein Forschungsfeld bei dem ein einzelnes Dotieratom die Funktionalität eines Halbleiters wesentlich bestimmt. Zusammen mit unseren Partnern soll dazu die Familie der kolloidalen, verdünnt magnetischen Halbleitermaterialien hinsichtlich Architektur (Kern Schale Geometrie, magic size Cluster) und Dotierung (Co, Cu, Mn, Ag) erweitert werden. Wir erwarten, dass die große elektronische und dielektrische Quanteneinschränkung in den genannten Nanomaterialien die Energieskala der Austauschwechselwirkung signifikant (ein bis zwei Größenordnungen) gegenüber epitaktischen Systemen erhöht und damit den Weg zu Raumtemperatur Funktionalität eröffnet .

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen