Forscher der TU lüften das Geheimnis des Spin-Filter-Effekts an hybriden Grenzschichten

Daraus hat sich das noch junge Forschungsfeld der organischen Spintronik entwickelt. Zur Spintronik zählen Bauteile, die magnetische Ströme zur Datenverarbeitung verwenden.

Bauteile aus dem Bereich der anorganischen Spintronik, also solche, die auf „konventionellen“ Materialien basieren, haben bereits die Markteinführung hinter sich. Sie begegnen uns heute alltäglich, zum Beispiel als Leseköpfe für Festplatten. Solche Sensoren basieren auf dem Riesenmagnetowiderstands-Effekt (Giant-Magneto-Resistance), kurz GMR-Effekt, für dessen Entdeckung die Professoren Fert und Grünberg im Jahr 2008 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

In der organischen Spintronik wird das Konzept durch die Verwendung von organischen Halbleitern erweitert, wie sie in der Elektronik schon breite Verwendung, zum Beispiel in organischen Leuchtdioden (OLED), finden. Organische Halbleiter sind Festkörper aus Molekülen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen, was sie zu einer kostengünstigen Alternative macht. Durch die Molekülstruktur sind sie zudem flexibel und leicht modifizierbar.

In den letzten Jahren wurden bei der Spintronik mit organischen Halbleitern bereits erste Fortschritte erzielt. Ein Rätsel für das Verständnis und die damit verbundene Weiterentwicklung der spintronischen Bauteile stellt die Frage nach dem Übergang des Elektrons von der magnetischen Elektrode in das organische Material dar. Der Übergang durch diese Kontaktstelle ist für die Funktionsweise des stromführenden Bauteils von essentieller Bedeutung. Die zugrundeliegenden physikalischen Abläufe waren bislang weitestgehend unbekannt. Es ist nun Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Arbeitsgruppe von Professor Martin Aeschlimann der TU Kaiserslautern (Fachbereich Physik und Landesforschungszentrum OPTIMAS) in Zusammenarbeit mit Professor Oliver L.A. Monti von der University of Arizona ein entscheidender Schritt zur Lösung dieses Rätsels gelungen.
Mit Hilfe von zeitaufgelösten Messungen konnten sie zeigen, dass an der Grenzschicht zwischen der magnetischen Elektrode und den organischen Molekülen (die so genannte „Spinterface“) Elektronen einer bestimmten magnetischen Ausrichtung länger in den Molekülen verbleiben als Elektronen mit entgegengesetzter Ausrichtung. So gelang ihnen der erste direkte Nachweis, dass an solchen Grenzflächen eine von der Magnetisierung des elektrischen Stroms abhängige Barriere besteht. Diese Barriere führt zu einem Spin-Filter-Effekt, der die Wirkungsweise von spintronischen Bauteilen maßgeblich beeinflusst.

Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Studien wurden kürzlich in der hochangesehenen Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht:
Spin-dependent trapping of electrons at spinterfaces, Sabine Steil, Nicolas Großmann, Martin Laux, Andreas Ruffing, Daniel Steil, Martin Wiesenmayer, Stefan Mathias, Oliver L. A. Monti, Mirko Cinchetti & Martin Aeschlimann
Published online: 17 February 2013 | doi:10.1038/nphys2548

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Aeschlimann, Tel.: 0631/205-2322, E-Mail: ma@physik.uni-kl.de