Spinelektronik auf der Basis von chemisch funktionalisiertem Graphen

Dieses Projekt zielt darauf ab, einzelne chemisch modifizierte Graphenmonolagen als elektronisch aktive Bausteine in der Spintronik einzusetzen. Die chemische Funktionalisierung beinhaltet zum einen die kovalente Kopplung von Wasserstoffatomen bzw. organischen Molekülen, wobei das π-konjugierte System des Graphens nur partiell gesättigt wird und somit ungepaarte Elektronen (Spins) generiert werden. Hierbei sollen nanostrukturierte Katalysatoren zum Einsatz kommen, um bestimmte Anordnungsmuster der funktionellen Gruppen zu realisieren. Eine zweite Strategie besteht in der Adsorption von molekularen Magneten auf die Graphen-Monolagen. Magnetische Messungen an solchermaßen gewonnenen Hybridmaterialien sollen Aufschluss über die Spindynamik der molekularen Magnete und somit das Ausmaß ihrer Wechselwirkung mit dem Graphen geben. Schließlich ist geplant, aus beiden Arten von funktionalisiertem Graphen Spinvalves aufzubauen, deren Leitfähigkeit von der relativen Orientierung zwischen dem Spin der injizierten Ladungsträger und dem Spin im Graphen bzw. in den gekoppelten molekularen Magneten gesteuert wird. Um die Spindynamik in diesen Bauelementen besser verstehen zu lernen, sind begleitend Tunnelexperimente zur Spektroskopie von Spinanregungen in dem funktionalisierten Graphen bzw. den Molekül/Graphen-Hybriden vorgesehen.

Abb.1: Schematische Darstellung der Wechselwirkung zwischen einem Spinsystem (dargestellt durch einen blauen Pfeil) und darunter liegendem Graphen. Dies umfasst dipolare Wechselwirkungen (dunkelorange), Hyperfeinwechselwirkungen (hellorange), Phononen (grün), sowie das Elektronengas (rot). Es ist die Summe dieser einzelnen Beiträge, welche die Funktion entsprechender Spintronik-Bauelemente bestimmt.