Helium-Badkryostat mit Magnetfeld und Mikrowellensystem für konfokal-optisch detektierte Magnetresonanz und Transportmessungen ("Spintronische Messplattform")

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431696304

Es wird eine "Spintronische Messplattform" beantragt, die Untersuchungen von Proben in variablen Temperaturen und Magnetfeldern bei gleichzeitiger Einstrahlung von Mikrowellen ermöglicht. Dabei sollen einerseits konfokal-optische Messungen wie optisch detektierte Magnetresonanz an einzelnen NV-Farbzentren in Diamant durchgeführt werden, anderseits elektronische Transportmessungen mit freier Wahl der relativen Orientierung von Probe und Magnetfeld. Eine vergleichbare Anlage fehlt bislang an der Universität Osnabrück.1. NV-Farbzentren in Diamant werden als Quantensensoren für Elektronenspinsysteme in ihrer Umgebung eingesetzt. Die Elektronenspinsysteme sind entweder endohedrale Fullerene, die vor Ort hergestellt und als Quantenbits für die Informationsverarbeitung genutzt werden sollen, oder spinmarkierte Biomoleküle, die der Strukturaufklärung in biologischen Umgebungen dienen. Weitere spintragende molekulare oder anorganische Systeme – z.B. Seltenerd-Nanopartikel – können ebenfalls mit dieser Methode untersucht werden. Das Gerät muss für diese Untersuchungen eine hohe mechanische Stabilität aufweisen.2. Transportmessungen werden an Feldeffekt-Transistoren durchgeführt, deren aktives Element aus einer einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhre besteht. Sowohl chemische Modifikationen der Nanoröhre (z.B. Anbindung/Einbettung funktionaler Moleküle) als auch die Funktionalisierung der elektrischen Kontakte (z.B. Integration von Tunnelbarrieren und/oder Spinfiltern) erlauben einen Einsatz der Transistoren als neuartige Detektoren (im ersten Fall für interne Molekülzustände, im letzteren Fall als magnetoresistive Elemente mit schaltbarer Sensitivität). Eine gute Kontrolle der relativen Orientierung von Nanoröhre und Kontakten relativ zum Magnetfeld ist dabei von höchster Bedeutung.3. Magnetotransport in dünnen Schichten magnetischer Oxide mit oder ohne Bedeckung durch magnetische Moleküle ergänzt die verfügbaren umfangreichen (Röntgen- und Magnetometrie-) Methoden zur Charakterisierun dieser Materialklassen. Dies ermöglicht spezifische Studien zur Optimierung der magnetoelektronischen Struktur ultradünner Schichten für die Spintronik.4. Magnetotransport in organischen Halbleiterstrukturen (z.B. Spinventile, organischer Magnetowiderstand) ist von Spinzuständen stark unterschiedlicher Energie abhängig (von Protonen-Kernzuständen bis zu stark gekoppelten Elektronenspins). Solche Zustände lassen sich am Genauesten mittels Spinresonanz untersuchen. In der Anlage wird es möglich sein, durch maßgeschneiderte Mikroresonatoren elektrisch detektierte Magnetresonanz über sehr große Bereiche von Magnetfeldern und Mikrowellenenergien zu untersuchen um auf diesem Gebiet fundamentale Erkenntnisse zu gewinnen. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, entweder die Geometrie oder die optische Anregung der Bauelemente mit höchster Präzision variieren zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Helium-Badkryostat mit Magnetfeld und Mikrowellensystem für konfokal-optisch detektierte Magnetresonanz und Transportmessungen ("Spintronische Messplattform")
• Gerätegruppe: 0120 Supraleitende Labormagnete
• Antragstellende Institution: Universität Osnabrück
• Leiter: Professor Dr. Wolfgang Harneit