Graphen versiegelt Spins einer Iridium-Oberfläche
HZB-Wissenschaftler machen Oberflächenzustände für Spintronik-Anwendungen haltbar.
Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) ist es gemeinsam mit Kollegen aus Dresden und Jülich gelungen, die elektronischen Oberflächenzustände eines Metalls dauerhaft zu konservieren. Dazu versiegelten sie eine Iridium-Oberfläche mit Graphen. Diese Modifikation des Kohlenstoffs schirmt äußere Einflüsse wirksam ab. Die Fähigkeit, die elektronischen Oberflächenzustände auf diese Weise haltbar zu machen, ist für die Spintronik von größtem Interesse.
Abb.: Die Phoenex-Apparatur am Helmholtz-Zentrum Berlin (Bild: HZB)
Die Spintronik nutzt das magnetische Moment – den Spin – von Elektronen, um Informationen zu verarbeiten. An Oberflächen lassen sich Elektronen mit unterschiedlichem Spin besonders gut voneinander unterscheiden, denn dort liegt eine Symmetriebrechung vor. Allerdings sind die Elektronen an der Oberfläche einer Substanz sehr aktiv und gehen schnell chemische Verbindungen ein, beispielsweise mit Sauerstoff. Ein bestimmter Spin-Zustand ließ sich deshalb bisher nur unter extremen Bedingungen erhalten, etwa im Ultrahochvakuum.
Die Forscher am HZB haben für ihre erfolgreichen Versuche Iridium katalytisch mit dem Kohlenwasserstoff Propylen behandelt. An der Oberfläche komme es dann zu zwei Konkurrenzreaktionen, so Projektleiter Andrei Varykhalov von der HZB-Abteilung Magnetisierungsdynamik, bei der die Graphenisierung jedoch die stärkere sei. So bildet sich auf dem Iridium eine einschichtige Lage von Kohlenstoffatomen. Diese Graphenschicht sowie die Spinzustände der obersten Metallschicht haben die HZB-Forscher dann mit ausgefeilten Analysemethoden am Elektronenspeicherring Bessy II untersucht. Dabei kam ein Spindetektor zum Einsatz.
Abb.: Schematischer Aufbau der Phoenex-Apparatur mit dem Mott-Detektor (Bild: HZB)
„Wir konnten dabei zunächst nachweisen, dass sich die Spinzustände des Iridiums unter der Graphenschicht nicht verändern. Das haben auch Modellrechnungen am Forschungszentrum Jülich bestätigt“, erklärt Varykhalov: „In einem zweiten Schritt haben wir dann festgestellt, dass sie auch an der Luft exakt erhalten bleiben.“ Dies sei ein wichtiger Fortschritt für die Spintronik. Bei dem graphenbeschichteten Iridium handelt es sich noch um ein Forschungsmodell. Wenn es den Forschern aber gelingt, die Spin-Zustände auf einem Isolator mit Hilfe von Graphen zu konservieren, rücken konkrete Anwendungen für die Spintronik in greifbare Nähe.
HZB / OD
