Spin Manipulation in Halbleiter-Spin-Bauelementen

• Antragsteller: Professor Dr. Mariusz Ciorga
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429749589

Das zentrale Ziel dieses Projekts besteht darin, den Widerstand zwischen zwei ferro-magnetischen Source- und Drain-Kontakten eines lateralen Halbleiterbauelements rein über die elektrische Manipulation des Spinfreiheitsgrades im Transportkanal zu kontrollieren. Das Projekt strebt damit die volle Umsetzung des 1990 vorgeschlagenen Datta-Das Spin-feldeffekttransistors (sFET) an. In Vorarbeiten haben wir bereits einige zentrale Elemente von sFETs realisiert, indem wir sehr effiziente elektrische Spininjektion in ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) einer Halbleiter-Heterostruktur sowie große Magnetowiderstands-signale von bis zu 80% nachgewiesen haben. Wir haben deshalb alle Komponenten zur Verfügung um das Datta-Das Konzept vollumfänglich zu realisieren. Hierbei konzentrieren wir uns zunächst auf zwei Aspekte. Zum einen planen wir die elektrische Spininjektion und Spintranport in quasieindimensionalen (1D) Transportkanälen zu untersuchen. Derartige Kanäle mit nur einer Transportmode wurden im ursprünglichen Datta-Das Vorschlag verwendet. Die geplanten Drähte sind ideal geeignet um die für elektrisch injizierte Spins erwartete Dyakonov-Perel Spinrelaxation in quasi 1D Kanälen zu unterdrücken. Dies wurde für out-of-plane Spins bereits mit optischen Methoden gezeigt. Zum anderen wollen wir die zentrale Funktionalität eines sFET angehen, nämlich die elektrische Kontrolle der Spinpräzession mittel Spin-Bahn-Kopplung (SOI). Hierbei fließt der Spin-polarisierte Strom in Zweipunktgeometrie von zwischen Source und Drain. Neben der von Datta und Das vorgeschlagen Originalgeometrie mit einem Metallgate auf dem Transportkanal, wollen wir auch untersuchen, inwieweit die laterale Spin-Bahn Kopplung aufgrund des 1D Einschlusspotenzials genutzt werden kann um Spinpräzession zu induzieren und zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Dominique Bougeard; Professor Dr. Dieter Weiss