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

Eine alternative Strategie zur Verwirklichung der Spininjektion stützt sich auf verdünnte magnetische
Halbleiter (DMS). Mit "ab-initio"-Berechnungen wiesen wir nach, dass zwei verschiedene Typen von
DMS existieren: (i) Systeme wie (Ga, Mn)N mit Dotierungsbändern in der Bandlücke. In diesen
Systemen wird der Ferromagnetismus durch den Zener´schen Doppelaustausch vermittelt, was zu
starken, aber kurzreichweitig wechselwirkenden Systemen führt. (ii) Systeme wie (Ga, Mn)As und
(Ga, Mn)Sb, bei denen die Mn d-Niveaus tief im Valenzband liegen. Hier wird der Ferromagnetismus
durch Zener´s p-d-Austausch bestimmt, der relativ schwach, aber langreichweitig ist. Die Bestimmung
der Curie-Temperatur mittels Monte-Carlo zeigt, dass in verdünnten Doppelaustausch-Systemen (wie
(Ga, Mn)N) die Curie-Temperatur stark reduziert ist. Bei der kurzreichweitigen Wechselwirkung ist die
magnetische Perkolation schwierig zu erhalten.
Die Arbeiten von Prof. Dr. P. Grünberg in der Spinelektronik wurden im November 2004 mit dem
Manfred-von Ardenne-Preis für Angewandte Physik geehrt.
Wir werden unsere Arbeiten auf die theoretische Beschreibung und experimentelle Optimierung der
Materialeigenschaften verdünnter magnetischer Halbleiter und Halbmetalle konzentrieren. Das
beinhaltet die Betrachtung elektronischer Korrelationen und relativistischer Effekte bei Berechnungen
der elektronischen Bandstruktur, aber auch fortgeschrittene Wachstums- und Dotierungs-Verfahren
auf der experimentellen Seite. Ein weiterer Fokus wird auf der Untersuchung und Kontrolle von
strominduzierten Schaltprozessen in metallischen Schichtstapeln liegen. In Hinblick auf spinabhängige
Transportprozesse ist die Berücksichtigung von relativistischen Effekten (anomaler ballistischer
Tunnelmagnetwiderstand) und die Behandlung von Bias-Spannungen im Rahmen eines linearen
Antwortverfahrens in der theoretischen Beschreibung ein Hauptziel. Zusätzlich wird der spinabhängige
Transport in halbmetallischen Spinventilen und Tunnelkontakten betrachtet.
Topic 3: Terahertz-Elektronik
Unsere Aktivitäten waren im Jahr 2004 darauf ausgerichtet, einen vielversprechenden Ansatz für
unsere Forschungsaktivitäten im Bereich der Terahertz-Elektronik für die nächsten fünf Jahre zu
definieren. Dabei liegt die größte Herausforderung bezüglich des praktischen Nutzens der
Terahertzstrahlung - neben der Radioastronomie - im Bereich der Spektroskopie und der Bildgebung
und in der Kombination von beidem, insbesondere für biologische Objekte. Die Spannbreite reicht
dabei vom Menschen über Gewebeproben bis zur einzelnen Zelle. Auf lange Sicht könnten sogar
einzelne Biomoleküle mit Terahertzstrahlung spektroskopisch untersucht werden. Die Besonderheit
der Terahertzstrahlung liegt in ihrer spezifischer Response bezüglich Bio-Materialien, nämlich
einerseits die starke Absorption durch Wasser, anderseits die spezifischen Fingerabdrücke von
Biomoleküle wie DNA durch Vibrationsanregungen im Terahertz-Frequenzbereich. Obwohl die
Wellenlänge der Terahertz-Strahlung sehr groß im Vergleich zum sichtbaren bzw. Nahinfrarotbereich
ist, bieten die zu entwickelnden Nahfeldmethoden ein hohes Potenzial, eine räumliche Auslösung bis
in den Nanometerbereich zu erreichen. Das Primärziel des Topic, die Terahertzstrahlung als eine
neue Methode für Medizin und Biologie zu implementieren, benötigt einen multidisziplinären Ansatz
basierend auf der Erfahrung des CNI in den Bereichen Bauelementphysik, Dünnschichtdeposition und
Lithographie, sowie Hochfrequenz-Engineering. Im Laufe des Jahres 2004 wurde eine Terahertz
Arbeitsgruppe im CNI mit regelmäßigen Besprechungen zu Arbeitsfortschritten und
Strategiediskussionen ins Leben gerufen. Durch den Einsatz hochentwickelter funktioneller
Dünnschichtsysteme in Verbindung mit der vorhanden Mikro- und Nanofabrikationsmethoden in den
CNI Instituten erwarten wir, dass bei einer Kombination verschiedener Ansätze das Primärziel des
Topics gemeinsam in äußerst effizienter Weise erreicht wird.
Angesichts dieses Primärziels werden die folgenden Projekte von der Terahertz Gruppe durchgeführt.
Dabei sind die wichtigsten Ergebnisse des Jahres 2004 kurz dargestellt:
• Nitrid-basierte halbleitende Heterostrukturen für Mikrowellen- und
Terahertzschaltungen
Der MOCVD-Prozess wurde für die großflächige Deposition von AlGaN-Heterostrukturen
entscheidend verbessert. Für die Beweglichkeiten der Ladungsträger wurden Werte von ca.
1420 cm 2 /Vs erreicht. Zusätzlich wurde im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Cornell
University herausgefunden, dass das Phasenrauschen eines GaN-basierten integrierten
Mikrowellenoszillators signifikant kleiner ist als für eine entsprechende GaAs-Struktur.
253