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    Experimental Physics III

    Projects

    Spininjection into InAs

    In the frame of a large project funded by the DARPA SPINS program including US american groups from SUNY (Buffalo), Notre Dame University, Vanderbilt University (Nashville), Naval Research Lab (Washington DC) spin injection into narrow gap semiconductors is investigated.

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    Seit Beginn der Forschungen an der Spininjektion in Halbleiter haben sich viele Gruppen auf Experimente mit InAs konzentriert. Dies hat dreierlei Gründe. Zum ersten hat InAs sich in der Entwicklung von Hybridstrukturen aus Halbleitern und Supraleitern bewährt. Viele der Gruppen, die auf dem Gebiet der Spininjektion tätig wurden hatten bereits Erfahrung mit InAs. Zum zweiten hat InAs eine sehr große freie Weglänge für Elektronen und ist daher für ballistischen Transport sehr gut geeignet. Es sind jede Menge schöne Quantentransportexperimente denkbar, wenn man es schafft, spinpolarisierte Elektronen in InAs zu injizieren. Zum dritten hat InAs eine sehr starke Spin-Bahn Kopplung, die es theoretisch ermöglichen soll, den Spin über ein elektrisches Feld zu steuern. Dies stellt auch die Grundlage für den sogenannten 'Datta-Transistor' dar, das erste rein spinbasierende Bauelement, das schon 1991 theoretisch beschrieben wurde und seitdem häufig die Grundlage von Projekten war.

    Die Grundlage des Projektes ist die Deposition verdünnt magnetischer Halbleiter mit passender Gitterkonstante wie zum Beispiel CdMnSe auf InAs bzw. InAs basierenden Heterostrukturen. An diesen Strukturen werden Transportexperimente zur Grundlegenden Untersuchung der Spininjektion durchgeführt. Nach erfolgreicher Spininjektion werden weitere Strukturen für Quantentransportexperimente hergestellt und charakterisiert. DIese Arbeiten reichen bis hin zu gekoppelten Quantenpunkten für das Quantencomputing.


    II-VI Tunnel barriers as Spinfilters

    In the frame of the SFB 410 for II-VI semiconductors and its project #A5 resonant and non resonant tunneling structures with magnetic interlayers are used as real spin filters.

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    Im Rahmen der Arbeiten von EPIII konnte im Dezember 1999 erstmalig die Spin-Injektion in nichtmagnetische Halbleiter demonstriert werden. Dieses Experiment eröffnet den Weg zu einer neuen Klasse von Transportvorgängen, in der neben der Ladung der Elektronen der Spin die entscheidende Rolle spielt. Hierbei handelt es sich einerseits um Quantentransportexperimente, andererseits aber auch um Experimente mit konkreten Bauelementen, wie zum Beispiel Laser mit schaltbarer Polarisation oder Spintransistoren. Grundlage all dieser Möglichkeiten ist die kontrollierte Injektion spinpolarisierter Elektronen in Halbleiter, die in diesem Teilprojekt unter-sucht werden soll. Zur Weiterentwicklung der halbleiterbasierten Magnetoelektronik in diesem Sinne ist es von maßgeblicher Bedeutung passende Konzepte für einen Spininjektor zu optimieren und für unter-schiedliche Materialsysteme anzupassen. Die Würzburger Experimente nutzen zur Spininjektion die besonderen Eigenschaften semimagnetischer II-VI-Halbleiter aus, die in der vorhandenen Molekularstrahlepitaxie hergestellt werden können. Für die Realisierung eines Spininjektors bieten sich im wesentlichen zwei Konzepte an. Der sogenannte Spinaligner besteht aus einer dünnen Schicht eines semimagnetischen Halbleiters, in dem die Elektronen in ein Spinniveau gestreut werden und wurde in in den oben genannten Arbeiten von uns bereits demonstriert. Al-ternativ kann auch ein Spinfilter verwendet werden, der unterschiedliche Transmissionen für die beiden möglichen Spinausrichtungen aufweist. Letzterer kann beispielsweise in Tunnelstruktu-ren realisiert werden. Sowohl der Spinfilter als auch der Spinaligner werden im Rahmen des Projektes weiterentwickelt und optimiert, wobei auf die vorhandenen Erfahrungen mit resonan-ten Tunnelstrukturen aus dem Teilprojekt A3 zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus wird die Epitaxie semimagnetischer Halbleiter auf Gruppe IV-Halbleitern respektive Silizium und Germanium untersucht, da diese Materialien einerseits für die industrielle Anwendung interessant sind und andererseits aufgrund der fehlenden Spin-Bahnkopplung ideale Kandidaten für den spinpolarisierten Transport darstellen.


    Tunnel barriers and Schottky contacts with ferromagnetic Metals

    In a European collaboration with IMEC (Leuven), der Universität Nijmegen, IMC (Bologna), MESA (Twente) and Oxford Universtity novel contacts for the injection of hot spin polarized electrons over tunnel or Schottky barriers into semiconductors are investigated.


    Novel materials for spin injection

    Novel materials are investigated for device applications of spin polarized transport. These materials are ferromagnetic at room temperature and their conduction electrons only have one spin orientation. These materials allow for efficient spin injection into semiconductors. The project is based on a consortium including universities from Hamburg, Hannover, Marburg, Regensburg, the MPI in Halle, and the WMI in München.

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    Lehrstuhl für Experimentelle Physik III
    Am Hubland
    97074 Würzburg

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