2Dimensionale van der Waals Spin-Orbit-Torque Technologie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Back; Professor Dr. Jaroslav Fabian
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471797209

Die Entwicklung von zweidimensionalen (2D) Van-der-Waals-Material-Heterostrukturen durch die Kombination des Besten aus verschiedenen funktionalen Bestandteilen kann eine Fülle von Möglichkeiten in der Nanoelektronik bieten. Hier schlagen wir vor, All-2D-Spintronik-Plattformen für die nächste Generation der Informationstechnologie zu entwickeln, die auf magnetischen und topologischen 2D-Spin-Orbit-Materialien basieren. Diese Hybridsysteme können eine starke Synergie zwischen Spintronik und 2D-Materialien bieten, mit dem Ziel, "das Beste aus beiden Welten" zu kombinieren. Eine solche Integration von Spin-Orbit-Physik und Magnetismus in 2D-Heterostrukturen wird bahnbrechende Funktionalitäten in All-2D-Spin-Orbit-Torque (SOT)-Technologien für stromsparende und nichtflüchtige Speicher- und Logikgeräte ermöglichen.Wir werden die geringe Kristallsymmetrie von geschichteten Spin-Orbit-Materialien (SOM) ausnutzen, die neuartige Spin-Texturen beherbergen, um eine effiziente Ladung-zu-Spin-Konversion (CSC) mit einem signifikanten Beitrag des Spin-Orbit-Feldes außerhalb der Ebene für SOT-Technologien zu realisieren. Wir beginnen mit der grundlegenden Untersuchung von CSC durch den Einsatz potentiometrischer Methoden in nicht-lokaler Spin-Ventil-Geometrie mit Graphen-Heterostrukturen. Diese Untersuchungen werden Informationen über die wichtigsten Antriebsmechanismen der CSC-Phänomene liefern, wie z.B. die Spin-Hall-, Rashba-Edelstein- oder andere Spin-Moment-Locking-Effekte, um eine riesige und abstimmbare Spinpolarisation zu erzeugen. Magnetische 2D-Kristalle hingegen zeigen einen weiten Bereich magnetischer Ordnungen und verfügen über das außergewöhnliche Potenzial, mit rein elektronischen Mitteln gesteuert zu werden. Hier werden wir 2D-Magnete für SOT-Technologien untersuchen, indem wir ihre geringe Dimensionalität, die senkrechte magnetische Anisotropie und die Möglichkeit der elektrischen Feldsteuerung ausnutzen. Wir werden die Dynamik der magnetischen Anregungen, ihre Anisotropien und die Kontrollierbarkeit durch Gates untersuchen, die kritischen Parameter, die die magnetische Schaltgeschwindigkeit beeinflussen.Dieses Projekt wird 2D-Magnete und SOMs mit konstruierten Grenzflächen integrieren, um außergewöhnlich effiziente SOT-Schaltfunktionalitäten in All-2D-Materialplattformen zu etablieren. Unser Ziel ist es, die Grundlagen der Magnetisierungsdynamik und des SOT-Schaltverhaltens hybrider Strukturen mit Hilfe von Elektronik, Magnetotransport, zeit- und ortsaufgelöster Magnetooptik, ferromagnetischer Resonanz und Messungen der zweiten Harmonischen zu untersuchen. Das Potential der neuartigen Funktionalitäten in diesen Heterostrukturen ergibt sich aus dem Zusammenspiel von exotischen Spin-Texturen, magnetischen Phasen, Proximity-induziertem Austausch und Spin-Orbit-Effekten an den Grenzflächen der 2D-Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden
• Kooperationspartner: Professor Dr. Saroj Dash