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Spintronik: Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien magnetisch machen lassen

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Eigentlich nicht-magnetische Oxid-Materialien lassen sich durch ein komplexes Verfahren so verändern, dass sie magnetisch werden. Grundlage für dieses neue Phänomen ist ein kontrolliertes Wachstum der einzelnen Materialschichten Atomlage für Atomlage. Über das unerwartete Ergebnis berichtet ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift "Nature Communications".

In der Festkörperphysik sind wenige Nanometer dünne Oxidschichten bekannt für die Herausbildung eines sogenannten zweidimensionalen Elektronengases. Diese dünnen Schichten sind getrennt voneinander jeweils durchsichtige und elektrisch isolierende Materialien. Wenn aber eine dünne Schicht auf einer anderen wächst, bildet sich unter bestimmten Bedingungen an der Grenzfläche ein leitender Bereich aus, der metallisch glänzt. "Normalerweise bleibt dieses System nichtmagnetisch", sagt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Dem Forschungsteam ist es gelungen, die Bedingungen beim Schichtwachstum so zu steuern, dass in den grenzflächennahen Atomlagen Leerstellen entstehen, die später durch Fremdatome aus benachbarten Atomlagen aufgefüllt werden. Die entstehenden Objekte verursachen die magnetischen Eigenschaften an der Grenzfläche.

Die theoretischen Berechnungen und Erklärungen für dieses neu entdeckte Phänomen haben die Physiker um Ingrid Mertig angefertigt. Experimentell überprüft wurde das Verfahren dann von mehreren Arbeitsgruppen in ganz Europa - auch von der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kathrin Dörr von der MLU, die den Magnetismus in den Materialien nachweisen konnte. "Durch diese Kombination aus Computersimulationen und Experimenten konnten wir den komplexen Mechanismus entschlüsseln, der für die Entstehung des Magnetismus verantwortlich ist", so Mertig.

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Die Studie geht auf die Arbeit des ehemaligen Sonderforschungsbereichs 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen" an der MLU zurück, der von 2008 bis 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde.

Über die Studie: Park D.-S. et al. The emergence of magnetic ordering at complex oxide interfaces tuned by defects. Nature Communications (2020). doi: 10.1038/s41467-020-17377-0

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