Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Ähnliche Dokumente
Elektronische Korrelationen und dmagnetismus

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Spinelektronik. Vorlesungsskript zur Vorlesung im SS Prof. Dr. Rudolf Gross und Dr. Achim Marx

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Festplattenkomponenten & -struktur

Spin-basierter Transport

Magnetische Moleküle sind die Bits von morgen aus Kunststoff?

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

F-Praktikum Physik: Widerstand bei tiefen Temperaturen

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Elektrische und Thermische Leitfähigkeit von Metallen

Atom-, Molekül- und Festkörperphysik

Materie im Magnetfeld

Workshop Mikrosystemtechnik / Mikroelektronik in Sachsen und Thüringen HITK,

Hoch-Temperatur Supraleitung: Vom Strom ohne Widerstand zum schwebenden Magneten (mit Demonstration)

Spins Do -Experimenteller Magnetismus

Opto-elektronische. Materialeigenschaften VL # 4

Ferromagnetismus: Heisenberg-Modell

1. Neutronen zur Untersuchung von Festkoerpern

Moderne Physik: Elemente der Festkörperphysik Wintersemester 2010/11 Übungsblatt 5 für den

Grundlagen-Vertiefung PW10. Ladungstransport und Leitfähigkeit Version

Spinelektronik. Vorlesungsskript zur Vorlesung im SS Prof. Dr. Rudolf Gross und Dr. Achim Marx

3.6 Materie im Magnetfeld

Magnetismus und Magnete

Magnetismus und Magnete

Clusterphysik. Moderne Molekülphysik SS 2013

Blick ins Innere von Magneten

Anorganische Chemie II

Magnetismus der Materie. Bernd Fercher David Schweiger

Magnetismus. Prof. DI Michael Steiner

Typische Eigenschaften von Metallen

Magnetochemie. Eine Einführung in Theorie und Anwendung. Von Prof. Dr. rer. nat. Heiko Lueken Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 18. Vorlesung

Vorlesung Nanostrukturphysik IIa

Dielektrizitätskonstante

Festkörperphysik. Einführung in die Grundlagen. 4y Springer. Siebte Auflage mit 277 Abbildungen, 18 Tafeln und 104 Übungen

Höhere Experimentalphysik 1

Nanomagnetische Objekte und magnetische Oxide

Magnetische Suszeptibilität: Magnetismusarten

c) Bei niederiglegierten Stählen werden die Gehaltszahlen der Legierungselemente unverschlüsselt

Einige Grundbegriffe Magnetismus

(LQOHLWXQJ (OHNWULVFKHU:LGHUVWDQGLQPDJQHWLVFKHQ/HLWHUQ

Magnetische Nanostrukturen

Rastertunnelmikroskpopie als Krokodilklemme für einzelne Moleküle

Festkörperphys i. Einführung in die Grundlagen

PD Para- und Diamagnetismus

Festkörperelektronik 2008 Übungsblatt 5

Piezospektroskopie an Fremdatom-Komplexen in den Halbleitern Si und GaAs

Magnetische Domänen bilden die Grundlage für das Verständnis vieler magnetischer

1. Motivation für die Charakterisierung von. niederdimensionalen Strukturen zu

Advanced Solid State Physics. Kerstin Schmoltner

Inhaltsverzeichnis. 0 Einleitung... 1

SS 04: Tieftemperaturphysik

Inelastische Lichtstreuung. Ramanspektroskopie

Magnetische Nanostrukturen

Elektrizitätslehre und Magnetismus

Theta (deg.)

Klassische Phasenübergänge Kritisches Verhalten Quantenphasenübergänge Quantenkritische Region Experiment Erklärungsversuche Anwendungen

Rumpfniveauspektroskopie an Clustern


VIII Inhaltsverzeichnis 2.5 Quantisierung der Zirkulation Wellenfunktion der suprafluiden Komponente

* Zulassungsarbeit von Claudia Süß (1989); auszugsweise

Das magnetische Feld

TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERGAKADEMIE FREIBERG. Versuch: Elektrische Leitfähigkeit (Sekundarstufe I) Moduli: Physikalische Eigenschaften

Spinabhängiges Tunneln in magnetischen Heterostrukturen (GMR-Effekt)

Magnetisierung der Materie

Vortrag zur Vorlesung `Nanostrukturphysik` Von Kirstin Kochems

Experimentelle Physik II

Spinabhängiger Transport in Übergangsmetalloxiden

Spinbasierter Transport

3.5. Materie im Magnetfeld. Exp. 36: Dipol im Magnetfeld. Exp. 25b Magnetisierung eines Stahldrahtes Magnetisches Moment

Programm: 3. Helium. 4. Materialeigenschaften bei tiefer Temperatur

15.Magnetostatik, 16. Induktionsgesetz

Vorlesung : Roter Faden:

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

2.4 Metallische Bindung und Metallkristalle. Unterteilung in Metalle, Halbmetalle, Nicht metalle. Li Be B C N O F. Na Mg Al Si P S Cl

Funktionswerkstoffe. supraleitend. Halbleiter. Elektronische Eigenschaften - Einleitung

Elektronische Bauelemente

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 18. Vorlesung

Ultraschnelle Magnetisierungsprozesse

Magnetochemie. Lehrbücher:H. Lueken, Magnetochemie, Teubner Studienbücher, R. L. Carlin, Magnetochemistry, Springer-Verlag, 1986.

Der Riesen-Magnetowiderstand

7. Elektronendynamik

Magnetische Eigenschaften von periodisch angeordneten Nanopartikeln aus Nickel

Grundlagen der Elektrotechnik II

Theoretische Grundlagen der Supraleitung

Prof. Dr. T. Müller Dr. F. Hartmann Blatt 8 Bearbeitung:

3. Magnetostatik 3.1. Grundbegriffe

Hinweise zur Zusatzaufgabe Permanentes magnetisches Moment

SQUID. Superconducting Quantum Interference Device Funktionsweise und Anwendungen. Christian Bespin

Hochtemperatur - Supraleiter

An welche Stichwörter von der letzten Vorlesung

11. Elektronen im Festkörper

Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome. Chemische Reaktionen. Verbindungen

Auswertung. C16: elektrische Leitung in Halbleitern

Hausaufgaben zum Praktikum Halbleiterbauelemente der Hochleistungselektronik

Transkript:

17.1.2018 Spins Do -Experimenteller Magnetismus Martin Valldor IBM-Ahmed Email: m.valldor@ifw-dresden.de 1

Rückblick auf flüssige und molekülare Magnete MM lassen sich mit einem Gesamt-Spin pro Cluster gut beschreiben. In MM können die Zustände der Clusters thermisch oder durch Tunneln ineinander überführt werden. Tunneln überwiegt bei tiefen Temperaturen. MM könnten in der Zukunft als Speichermedium benutzt werden ein Bit pro Cluster. FF können öfter eingesetzt werden und wird bereits für Krebsterapie, Schlösser, Lautsprechen und als Kontrastmittel bei MRI benutzt. 2

Martin Valldor Spin-Leitfähigkeit ein Spinstrom Die Gesichter des Elektrons Lokalisiert Magnetismus Beweglich Leitfähigkeit...und die Mischungen 3

Martin Valldor Grundlage: die Lorenzkraft B Im Metall koppelt der Spin vom Elektron ans Feld und wird dadurch abgelenkt. Die Auslenkung vom Elektron führt zu einem grösseren Widerstand. MR e - Elektronische Beweglichkeit In Halbleitern, mit nur einer Art Ladungsträger, MR ist: (1 + (μb) 2 ) Feld d.h. bei InSb (m = 4) und 0.25 T ist MR 100 % Positiver Magnetowiderstand B 4

r r 0 Leitfähigkeit vom Paramagnet im Feld inetwa prop. zur Spinpolarization Martin Valldor B Der widerstand nimmt mit mehr Feld ab Ni in Cu Ni/Cu = 0.4/0.6 Negativer Magnetowiderstand 5 R.W. Houghton and M.P. Sarachik, J.S, Kouvel, Solid State Communications, Vol.8, pp. 943 945, 1970

B Leitfähigkeit im Feld mit Spinordnung B Bei Ferromagnete nimmt der Widerstand ab mit dem Feld - Ist aber ein Anisotroper Effekt. Martin Valldor r perp V r para e - e - 6 B.R.Coles Advanc. Phys., 7 (1958) 40

Giant Magneto Resistance (GMR) eine Frage der Topologie (FerroMagnetisches Metall) FMM Peter Grünberg 1939- Nobelpreis 2007 Nicht magnetisch grosser Widerstand kleiner Widerstand 7 Martin Valldor

Colossal Magneto Resistance (CMR) wir erinnern uns an den Doppelaustausch ein Rückblick Martin Valldor Ferromagnetism gleich Leitfähigkeit e g t2g e g t2g Mn 3+ (d 4 ) O Mn 4+ (d 3 ) e g t2g e g t2g Mn 4+ (d 3 ) O Mn 3+ (d 4 ) 8 H. Y. Huang et al. Phys. Rev. Lett 75 (1995) 914 C. Zener Phys. Rev. 82 (1951) 403

Colossal Magneto Resistance (CMR) Martin Valldor La 1-x Ca x MnO 3 P. Schiffer, et al. PRL 75 (1995) 3336 9

Colossal? Magneto Resistance (CMR) ohne Doppelaustausch Martin Valldor 0 T 8 T 4 T 1 mt halb-metall-fm-modell polykristalline Probe M. A. Subramanian,et al. Science 273 (1996) 81 Welcher magnetischer Zustand beschreibt die Körner? pyrochlor - Tl 2 Mn 2 O 7 (nur Mn 4+ ) Wie kann man dann den CMR Effekt dann erklären? 10 P Velasco, et al. J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004) 8725 8732

Spintronic 11

Die Legierung ist ferromagnetisch obwohl Mn antiferromagnetisch ist und Cu und Al diamagnetisch sind Heusler-Legierungen Halbmetall Im H-Feld Friedrich Heusler (1866 1947) p d E F p d Cu 2 MnAl. Geordnetes fcc-gitter. F. Heusler, Verh. Dtsch. Ges. 5, 219 (1903) s s Andere Zusammesetzungen: Cu 2 MnAl, Cu 2 MnIn, Cu 2 MnSn, Ni 2 MnAl, Ni 2 MnIn, Ni 2 MnSn, Ni 2 MnSb Co 2 MnAl, Co 2 MnSi, Co 2 MnGa, Co 2 MnGe Pd 2 MnAl, Pd 2 MnIn, Pd 2 MnSn, Pd 2 MnSb E a Halbleiter Cu 2.2 MnAl 0.8 Nicht-Stökiometrie verursacht Antiferromagnetismus Metall 12 Martin Valldor

Halb-Heusler-Legierungen Martin Valldor Mn d-band MnNiSb Keine Inversion bei Mn 13 R. A. de Groot et al., Phys. Rev. Lett. 50 (1983) 2024.

Martin Valldor CMR-Verbindungen neigen auch zu Spintronic La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 14 J. H. Park, E. Vescovo, H. J. Kim, C. Kwon, R. Ramesh, T. Ventakesan, preprint.

(de)lokalizierte Spins 15

Der Spin im Elektronensee Kondoeffekt T > T K : Paramagnetische Einzelmomente T K Jun Kondo 近藤淳 (1930-) T < T K : Einzelmomente werden von Leitungselektronen teils abgeschirmt e - e - e - e - e - e - e - e - e - e - erhebliche Streuung an Elektronenwolken starke Streuung an Phononen d.h. Normaler E-Widerstand ist zu erwarten Wirt\Magnet V Cr Mn Fe Co Ni Cu 1000 K 2 K 10 mk 30 K 500 K >1000K Ag - 10 mk - 5 K - - Au 300 K 1 mk - 0.2 K 500 K >1000 K Martin Valldor 16 Progress of Theoretical Physics 32 (1964) 37

Martin Valldor Kondo Ferromagnet, SmFe 4 P 12 bei 210 Oe (kleinem Feld) Spontane Magnetizierung: Ferromagnet! T c = 1.8 K M(teo) = 0.71 μ B /Sm 3+ Fe macht erstmal magnetisch nichts! Warum nicht? und warum macht Sm trotzdem was?..aber lange nicht polariziert! 17 N. Takeda and M. Ishikawa J. Phys.: Condens. Matter 15 (2003) L229-L233

Magnetsiche Verunreinigungen im Leiter Kondoeffekt Ce CN18, Frank-Kasper Verbindung CeCu 6 Leitungselektronen sammeln sich um das Moment vom Ce T K! Spin Ordnung RKKY Maximale Elektronenstreuung an Ce-Elektronenwolke Martin Valldor Sumiyama, A, et al. (1986) Journal of the Physical Society of Japan, 55, 1294 18

Martin Valldor Magnetoelektrische Wechselwirkungen in CoS 2 19 S. Yomo JMMM 31-34 (1983) 331-332

Wie kann man polarizierte Leitungselektronen benutzen? 20

Anwendung von Spin polarizierte Leitfähigkeit: Super-Spiegel Martin Valldor Neutronen FM 21

Martin Valldor Anwendung von Spin polarizierte Leitfähigkeit: Bilder von Magnetischen Flächen A x V Magnetische Spitze y Mn 3 N 2 (010) z.b. bei konstater Spannung Fe auf W Fe/Gd auf W A.R.Smith, et al. Surface Science 561(2-3), 154 (2004). 22

Martin Valldor Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) M/M s Ferromagnetische Schichten Tunnelbarriere (Isolator) B Kontrast Kleiner Widerstand Grosser Widerstand Weicher Ferromagnet Isolator Vorgabe Harter Ferromagnet Wie wird ein Bit geschrieben? und Wie wird ein Bit gelesen? 23

Race-track-Speicher Strom um die Bits zu verschieben Schreiber Leser magnetische Domäne Domänenwand magnetischer Tunnel-Junction-Leser magnetischer Schreiber Strom um die Bits zu verschieben Leseverstärker L. Thomas, et al. Science 330, 2010, 1810-1813 24

Martin Valldor Zusammenfassung Der Spin vom Elektron ist der Grund dafür daß der elektrischer Widerstand vom magnetischen Feld abhängig ist sogar auch anisotrop. Es gibt ferromagnetischen Materialien, die völlig polarisierte Elektronen auf der Fermi-Fläche haben d.h. die Leitungselektronen sind nur in eine Richtung polarisiert. Die Polarisation vom Elektron im Vergleich zur Umgebung ist der Grund für Unterschiede im elektrischen Widerstand. Kleine magnetische Verunreinigungen leisten Beiträge zum elektrischen Widerstand bei tiefen Temperaturen. Die magnetische Ionen werden mehr oder wenigen von Leitungselektronen kompensiert (neutralisiert). Vorgeschrittene elektronische Bauteile werden mit dem magnetoresistiven Effekt verbessert. Nächster Termin 24.1.2018 Magneto Elektrizität und Elastizität 25