Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

erreicht werden kann. Dies ist eine wichtige Vorbedingung für zukünftige Studien über strom- und
spannungskontrollierte magnetische Schaltprozesse.
Ein anderer wichtiger Kopplungsmechanismus ist die "Exchange Bias"-Kopplung, deren Stärke durch
das Einfügen einer ultradünnen Schicht zwischen dem Ferro- und Antiferromagnet oder durch die
Modifikation der Filmmorphologie sehr genau kontrolliert werden kann. Wir beobachten, dass eine
ultradünne Aluminiumoxidschicht die Stärke des "Exchange Bias" erhöhen kann. Dieser Umstand
kann der diskontinuierlichen Schichtstruktur des Oxides zugeordnet werden. In IrMn/CoFe-
Multischichten steigt der "Exchange Bias" mit der Anzahl der Multischicht-Perioden an, entsprechend
einer Reduktion der antiferromagnetischen Domänengröße, verursacht durch sich verkleinernde
Korngrößen.
Neue Materialien in der Spintronik werden die Funktionalität der Halbleiter erweitern. Die Forschungen
betreffen z. B. die magnetischen und strukturellen Eigenschaften von Galliumnitrid-Schichten, in die
Übergangsmetalle implantiert wurden. Messungen der Magnetisierung als Funktion der Temperatur
zeigen ein paramagnetisches Verhalten. Untersuchungen mit dem Transmissonselektronenmikroskop
bestätigen, dass dies durch übergangsmetallreiche Ausscheidungen verursacht wird. In InGaAS/InP
Quantendrähten konnten wir erfolgreich die Rashba-Spin-Bahn-Kopplung nachweisen. Wir finden eine
deutliche Verschiebung in den charakteristischen Schwebungsmustern im Vergleich zum
zweidimensionalen Elektronengas, entgegen den theoretischen Berechnungen.
Das "ab initio"-Verständnis des ballistischen Transports an Grenzflächen zwischen magnetischen und
nicht-magnetischen Materialien, z. B. die Injektion von spinpolarisierten Elektronen in Halbleiter oder
das spinabhängige Tunneln in magnetoresitiven Elementen, ist von zentraler Bedeutung in der
Spintronik. Um den ballistischen Elektronentransport auf der Basis des Landauer-Büttiker Ansatzes
unter Berücksichtigung der elektronischen Struktur eines realistischen Systems zu beschreiben,
haben wir zwei komplementäre theoretische Ansätze entwickelt. Sie sind für ein breites Spektrum an
Systemen, wie zum Beispiel Tunnelkontakte, Heterokontakte, molekulare Kontakte und Verengungen
auf atomarer Skala, einsetzbar.
Im Falle der ballistischen Spininjektion in Ferromagnet-Halbleiter-Heterostrukturen (z. B. im Grenzfall
epitaktischer Grenzflächen) zeigt sich, dass die Symmetrie der Wellenfunktionen die Injektion von
extrem hoch spinpolarisierten Strömen aus den Eisenelektroden in das Zinkselenid oder
Galliumarsenid für bestimmte Grenzflächenorientierungen begünstigt. Als weiteres Resultat fanden
wir, dass die Details (Relaxation, Oxidation) der Grenzfläche zwischen Eisen und Magnesiumoxid eine
entscheidende Rolle in der Bestimmung der spinabhängigen Leitung in diesem Modell spielen.
Eine der Strategien, die Auswirkungen des starken Leitfähigkeitssprungs an Metall-Halbleiter
Übergängen zu vermeiden, ist die Nutzung von Halbmetallen für die magnetischen Elektroden.
Halbmetallische Ferromagneten sind Systeme mit 100% Spinpolarisation an der Fermienergie,
zumindest im Idealfall. Erhebliche Abweichungen von diesem Verhalten können jedoch auftreten,
wenn die Spin-Bahn-Kopplung oder endliche Temperaturen mit berücksichtigt werden. Wir haben
beide Effekte quantitativ via "first-principles"-Berechnungen untersucht. Im Falle der Spin-Bahn-
Wechselwirkung finden wir einen ziemlich kleinen Effekt - er reduziert die Spinpolarisation um 1-2% -
ausgenommen im Fall schwerer Elemente. Ferner untersuchten wir die Randbedingungen für die
Erhaltung der halbmetallischen Eigenschaften an der Grenzfläche zu einem Halbleiter, eine wichtige
Voraussetzung für eine erfolgreiche Spininjektion. Wir konnten zeigen, dass dies für einen Reihe von
Halbmetallen des Zinkblende-Typs erfüllt ist.
Durch die Anwendung von Spinspiralen mit kleinem konischen Winkel in der "Frozen Potential"-
Näherung konnte erstmals der Heisenberg-Austauschparameter für eine vielkomponentige Heusler-
Legierung, NiMnSb, berechnet werden. Mit der Monte-Carlo-Methode wurde für das so bestimmte
Heisenberg-Modell die Curie-Temperatur in guter Übereinstimmung mit dem Experiment bestimmt.
Das wichtigste Resultat war die Beobachtung, dass die Austauschparameter zwischen den
verschiedenen Elementen des Multikomponenten-Systems gravierende Unterschiede in der Stärke
aufweisen. Das bedeutet, dass bei erhöhten Temperaturen bestimmte magnetische Komponenten
bereits substantiell fluktuieren, während andere stabil bleiben. Das hat signifikante Konsequenzen für
die halbmetallischen Eigenschaften des Systems. Dieser Aspekt ist sehr interessant und wird in 2005
weiter bearbeitet.
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