Magnetische Nanokristalle in Nitriden: Aufbau und Leistung

Ein heutiges wissenschaftliches Hauptziel ist die Entwicklung von Bottom-up Methoden für die Herstellung von Nanostrukturen mit definierten Eigenschaften und Funktionalitäten. Zum Beispiel werden in Zukunft Halbleiterquantenpunkte und Nanokristalle die Leistung von vielen kommerziellen Bauelementen wie Flash-Speicher, Halbleiterlaser und Einzelelektronenquellen verbessern. Nitrid-Halbleiter nähern sich durch ihren Einsatz in Photonik und Hochleistungelektronik dem technologischen Stellenwert von Silizium (Si). Eine Erweiterung dieses Materialsystem mit magnetischen Eigenschaften kann eine Vielfalt von neuen Anwendungsmöglichkeiten ermöglichen. Unsere jüngsten Erfolge mit magnetisch-dotierten Nitriden haben gezeigt, dass richtige Wachstumsbedingungen und die Co-Dotierung mit flachen Störstellen es ermöglicht, selbstorganisierte, geordnete Felder von (Gax)Fe4-xN Nanokristalle in GaN zu erzeugen, die entweder ferromagnetische oder antiferromagnetische Eigenschaften besitzen. Das Hauptziel dieses Projektes ist es, diesen Durchbruch zu nutzen und mittels erweiterten Wachstumsstudien kombiniert mit konventioneller und Synchrotron-Strahlung basierender Charakterisierung folgende Punkte zu verwirklichen: (i) die Kontrolle über die Bildung selbst- organisierte magnetische Nanostrukturen in einem technologisch wichtigen Halbleiter, und (ii) die Erforschung der Funktionalitäten von magnetischen Halbleiter-Hybridsystemen. Es wird erwartet dass die hier vorgeschlagene Arbeit, die weit über den aktuellen Stand der Technik hinausgeht, substanziell zu neuartigen Entwicklungen in Halbleiterphysik, Spintronik und Quanteninformatik beiträgt.

Ein heutiges wissenschaftliches Hauptziel ist die Entwicklung von Methoden für die Herstellung von Nanostrukturen mit definierten Eigenschaften und Funktionalitäten. Zum Beispiel werden in Zukunft Halbleiterquantenpunkte und Nanokristalle die Leistung von vielen kommerziellen Bauelementen wie Flash-Speicher, Halbleiterlaser und Einzelelektronenquellen verbessern. Nitrid-Halbleiter, wie Gallium Nitrid (GaN), nähern sich durch ihren Einsatz in Photonik und Hochleistung Elektronik dem technologischen Stellenwert von Silizium. Eine Erweiterung dieses Materialsystem mit magnetischen Eigenschaften kann eine Vielfalt von neuen Anwendungsmöglichkeiten ermöglichen. Die Hauptziele dieses Projektes waren durch Optimierung der Wachstumsbedingungen folgende Punkte zu verwirklichen: (i) die Kontrolle über die Bildung selbst-organisierte magnetische Nanostrukturen in einem technologisch wichtigen Halbleiter, und (ii) die Erforschung der Funktionalitäten von magnetischen Halbleiter-Hybridsystemen. Im Rahmen dieses Projekts ist es gelungen, die Größe, Form, Dichte und magnetischen Eigenschaften der in GaN eingebetteten Nanokristalle durch Anpassung der Herstellungsbedingungen so abzustimmen, dass sie für Anwendungen in magnetischen Speicherbauelementen geeignet sein könnten. Darüber hinaus konnte die chemische Struktur auf atomarer Ebene durch den Einsatz einer Kombination von Synchrotron Techniken identifiziert werden, was das breite Potenzial der verwendeten Techniken zur Untersuchung ähnlicher hybrider Materialsysteme aufzeigt. Die Ergebnisse, die im Rahmen dieses Projektes entstanden sind, tragen substanziell zu neuartigen Entwicklungen in Halbleiterphysik, Spintronik und Quanteninformatik bei.