Spintransport; Quantentransport; Neue Materialien; Topologische Isolatoren

• Antragsteller: Dr. Bernd Beschoten
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237560938

Das Hauptziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Spinpolarisation von Oberflächenzuständen in Bi-basierten topologischen Isolatoren (TI), wobei eine invertierte Probenstruktur benutzt wird, bei der die elektrische Kontaktierung nicht von der Obersondern der Unterseite des TIs erfolgt. Diese spezielle Fabrikationsmethode ist in der Lage, die Kontakteigenschaften zwischen TI und Elektrode signifikant zu verbessern, was zu einer Verbesserung der Probeneigenschaften führt. Wir schlagen die Verwendung von zwei Arten von Proben vor: (1) Im ersten Satz an Proben werden wir eine TI/hBN-Heterostruktur mechanisch auf Co/MgO- und Au-Elektroden transferieren, die auf einem Si++/SiO2- Wafer vorgefertigt wurden. Die ferromagnetische Co/MgO-Elektrode fungiert als ein Detektor der Spinpolarisation innerhalb der Oberflächenzustände des TIs und misst die Spinakkumulation an der Grenzfläche zwischen TI und MgO/Co. Unsere Proben bieten die Möglichkeit, die Spinpolarisation an der Oberfläche der TIs ohne den Einfluss störender magnetischer Streufeldern zu messen, die das eigentliche Spinsignal maskieren können. (2) In einem zweiten Satz an Proben wollen wir die Spinpolarisation innerhalb der Oberflächenzustände des TIs in einen Spinstrom umwandeln, der vom TI in eine darunterliegende Graphenschicht injiziert wird. Dieser Spinstrom soll räumlich entfernt vom TI in einer nicht-lokalen Spin-Valve-Messung mittels zusätzlicher Co/MgO Elektroden gemessen werden. In dieser Art von Probenstruktur erwarten wir eine durch den Proximity-Effekt induzierte Spin-Bahn-Wechselwirkung zu beobachten, die an der Grenzfläche zwischen TI und Graphen in Erscheinung tritt. Zudem schlagen wir vor, mittels Photostrom-Messungen die Spinpolarisation der Oberflächenzustände im TI zu messen. Während einige der bisherigen Photostrom-Experimente nur indirekt die Existenz eines Spinsignals durch Symmetriebetrachtungen von Polarisationsabhängigkeiten zeigen konnten, wollen wir die Anregung von Photoströmen an der Grenzschicht zwischen TI und Graphen mit spinsensitiver, elektrischer Detektion verbinden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1666: Topologische Isolatoren: Materialien - grundlegende Eigenschaften - Strukturen für Bauelemente
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christoph Stampfer