Ursachen von Magnetowiderstand und resistivem Schalten in organischen Spinventilen

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313833732

Nach der ersten Demonstration eines organischen Spinventils (OSV) in 2004 [1] wurde der Magnetowiderstand in diesen Bauelementen zumeist über elektrische Injektion und Detektion spinpolarisierter Ladungsträger interpretiert, was zu einer Art Giant Magnetoresistance führen sollte. Wir haben in mehreren Experimenten zeigen können, dass in verschiedenen typischen OSV der Magnetowiderstand nicht vom Transport der Ladungsträger durch die elektronischen Zustände des organischen Materials herrührt [2] sondern vom Tunneln, was zu Tunnelmagnetowiderstand (TMR) [3] oder anisotropem Tunnelmagnetowiderstand (TAMR) [4] führen kann. Weiterhin wurde in jüngerer Vergangenheit berichtet, dass in organischen Spinventilen auch das sogenannte resistive Schalten auftreten kann [5], was diesen Bauelementen eine weitere interessante Funktionalität hinzufügt. Trotzdem ist die Physik, die all diesen Effekten zu Grunde liegt und die erst die Optimierung im Detail ermöglichen kann, nie ausreichend verstanden worden.Ziel dieses Projektes ist es, die Physik, die zum Magnetowiderstand und zum resistiven Schalten in OSV führt, besser zu verstehen indem die Beiträge von TMR, TAMR und resistivem Schalten und insbesondere ihr Zusammenspiel in diesen Bauelementen im Detail untersucht werden. Nur, wenn die verschiedenen Beiträge isoliert betrachtet und Ihre genauen Ursachen ermittelt werden können, kann es möglich sein, die Effekte im Einzelnen zu maximieren und festzustellen, in welcher Form OSV für Anwendungen geeignet sein könnten.Um dieses Ziel zu erreichen, müssen folgende drei Fragen beantwortet werden:1) Welche Bestandteile der Spinventile sind jeweils für das Auftreten und für die Größe der drei Effekte verantwortlich (eine oder beide Grenzflächen, Bulk-Eigenschaften der Materialien)?2) Hängt der jeweilige Effekt mehr von einer Materialeigenschaft oder von der Kombination der Materialien ab? 3) Welche Rolle spielt die Prozessierung? Ist die Präparation der Grenzflächen entscheidend für das Auftreten des/der Effekte(s)?Die Antworten auf diese Fragen können nur durch sorgfältige Variation der Materialien, ihrer Kombinationen sowie der Prozessierung selbst gefunden werden. Durch die Experimente, die unsere Gruppe in den letzten Jahren durchgeführt hat, stehen prototypische Bauelemente und Prozesse für die Untersuchung jedes einzelnen Effektes zur Verfügung, die als Startpunkt für die geplanten Untersuchungen dienen sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen