Besonderheiten von Germaniumtellurid auf der Nanoskala aufgedeckt
Spintextur in GeTe-Einkristallen lässt sich durch ferroelektrische Polarisation innerhalb einzelner Nanodomänen umschalten.
Germaniumtellurid ist ein ferroelektrischer Rashba-Halbleiter mit einer Reihe von interessanten Eigenschaften. Die Kristalle bestehen aus Nanodomänen, die sich durch externe elektrische Felder polarisieren lassen. Aufgrund des Rashba-Effekts kann in diesem Material die Ferroelektrizität auch dazu genutzt werden, die Elektronenspins innerhalb der Domänen umzuschalten. GeTe ist daher auch als Material für spintronische Bauelemente von Interesse, die eine Datenverarbeitung mit deutlich geringerem Energieaufwand ermöglichen. Ein Team des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie und der Lomonossow-Universität Moskau hat jetzt umfassende Einblicke in dieses Material auf der Nanoskala gewonnen.
„Wir haben das Material mit einer Reihe von komplementären Methoden untersucht, um seine atomare Struktur und insbesondere auch die interne Korrelation zwischen der atomaren und elektronischen Struktur auf der Nanoskala zu bestimmen“, sagt die Lada Yashina, die die hochwertigen kristallinen Proben in ihrem Labor in Moskau hergestellt hat. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, dass die ferroelektrischen Nanodomänen von zwei verschiedenen Arten von Grenzflächen umgeben sind.
An BESSY II konnte das Team diese Grenzflächen genau untersuchen und Nanodomänen mit entweder Germanium- oder Tellurium-Atomen an der obersten Oberflächenschicht zuordnen. „Dabei konnten wir auch die Zusammenhänge zwischen der Spinpolarisation im Inneren oder an der Oberfläche der Domänen mit den Konfigurationen der ferroelektrischen Polarisation genau analysieren“, erklärt Jaime Sánchez-Barriga vom HZB.
Das Team ermittelte auch, wie die Spintextur durch ferroelektrische Polarisation innerhalb einzelner Nanodomänen wechselt. „Unsere Ergebnisse sind wichtig für potenzielle Anwendungen ferroelektrischer Rashba-Halbleiter in nichtflüchtigen Spintronik-Bauelementen mit erweiterten Speicher- und Rechenfähigkeiten auf der Nanoskala“, betont Sánchez-Barriga.
HZB / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
A. S. Frolov et al.: Atomic and Electronic Structure of a Multidomain GeTe Crystal, ACS Nano, online 2. November 2020; DOI: 10.1021/acsnano.0c05851 - Elektronenspeicherring BESSY-II, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Berlin
- Fklt. Chemie, Lomonossow-Universität Moskau, Russland
