Spin polarizáció nanoszerkezetekben  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
72916
típus NK
Vezető kutató MIHÁLY György
magyar cím Spin polarizáció nanoszerkezetekben
Angol cím Spin polarization in nanostructures
magyar kulcsszavak mágnesség, nanoszerkezetek, ballisztikus transzport, spin-polarizáció, Andrejev-reflexió, pásztázó mágneses mikroszkóp, spintronika
angol kulcsszavak magnetism, nanostructures, ballistic transport, spin-polarization, Andreev-reflection, scanning magnetic microscopy, spintronics
megadott besorolás
Fizika (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)100 %
Ortelius tudományág: Szilárdtestfizika
zsűri Fizika
Kutatóhely Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők Bordács Sándor
Cserti József
Geresdi Attila
Halbritter András
Kézsmárki István
Makk Péter
projekt kezdete 2008-04-01
projekt vége 2012-03-31
aktuális összeg (MFt) 39.268
FTE (kutatóév egyenérték) 9.65
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
Az elektronok spin-állapotának vezérlése jelentős szerephez jut a jövő elektronikai fejlesztéseiben. A legtöbb spintronikai eszköz koncepciója a az elektron spinjének nanoméretű méretskálán történő manipulációján alapul, emiatt a kapcsolódó kvantumfizikai folyamatok megértése alapvető jelentőségű.

A pályázat a töltéshordozók spin-polarizációjának vizsgálatát célozza meg különböző ferromágnes/fém/szupravezető hibrid rendszerekben. A kísérletek alapvetően a fém-szupravezető felületeken végbemenő speciális töltéskonverzión alapulnak: a határfelületre érkező elektron az ún. Andreev reflexió során egy ellentétes spinű lyukként verődik vissza, a szupravezető oldalon pedig egy Cooper pár keletkezik. Spin-polarizált elektronrendszereknél a spin-megmaradás miatt az Andreev reflexió valószínűsége lecsökken; a rendszer spin-polarizációja a feszültség-áram karakterisztikák részletes elméleti analíziséből meghatározható.

Az Andreev spektroszkópiához kisméretű, ballisztikus kontaktusok szükségesek. A kísérleteket a laboratóriumunkban fejlesztett alacsonyhőmérsékleti piezo-rendszer segítségével végezzük, mellyel nagy stabilitású kontaktusok hozhatók létre a nanométeres méretskálán. A projekt keretében a mérőrendszert oldalirányú mozgatással is kiegészítjük. A minták minősítéséhez mágneses ellenállás, Hall és MOKE mérőrendszerek állnak rendelkezésre.

A tervezett kísérleti vizsgálatok közül példaként említjük meg a spin-polarizáció méréseket spintronikai szempontból érdekes anyagokon; a spin-diffúziós hossz mérését különböző fémekben; az Andreev reflexió vizsgálatát d-hullámú szupravezetőkön; ill. domén falak és granuláris mágneses rendszerek Andreev mikroszkópiáját.

A projekt keretében a kísérleti tapasztalatok szilárd elméleti háttérrel párosulnak, s ez lehetőséget nyújt jelentős eredmények elérésére a fenti kutatási területen. A szenior a kutatók egyúttal a projektben részt vevő PhD hallgatók és diplomamunkások témavezetői.
angol összefoglaló
Controlling the spin states of electrons provides a significant versatility to future electronics. Most of the envisioned spintronic devices are based on spin transfer mechanisms on nanoscale, and this requires a more incisive understanding of the quantum physics involved.

In the framework of this project we propose the study of the spin polarization of charge carriers in various ferromagnet/metal/superconductor hybrid structures. The typical experiments are based on the mechanism of charge conversion at the metal-superconductor interface: when an electron is Andreev reflected as a hole with opposite spin, the corresponding conductance is reduced for spin polarized electron systems. The spin polarization can be determined from a detailed theoretical analysis of the conductance as a function of the chemical potential shift.

The Andreev-spectroscopy assumes ballistic transport. For the experiments we apply the cryogenic piezo-system developed in our laboratory, which allows the formation of nanometer-size stable contacts. During the project the device will be extended by lateral positioning. Additional experimental facilities for sample characterization are: magnetotransport, Hall and MOKE measurements.

Some specific examples of the planned research: determination of spin polarization in compounds promising for spintronic applications; measurement of the spin-diffusion length in various metals; Andreev reflexion on d-wave superconductors; Andreev-microscopy of domain-walls and granular magnetic systems.

The experimental and theoretical expertise brought together in the project offers a good chance to make a major contribution to the above research field. The senior scientists participating in the project are the supervisors of the PhD students, and guide also the work of graduate students involved in the research.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A projekt keretében spin-polarizációs jelenségeket tanulmányoztunk Andrejev- és MOKE-spektroszkópiával. Saját építésű berendezéssel különböző ferromágneses anyagokban maghatároztuk a vezetési elektronok spin-polarizációjának értékét. Új eljárást dolgoztunk ki a spin-diffúziós hossz hőmérsékletfüggésének és telítési értékének meghatározására, működését modellkísérletekben demonstráltuk. A spintronikai alkalmazások szempontjából ígéretes anyagok széles körét tanulmányoztuk MOKE spektroszkópiával. Vizsgáltuk a szupravezető-fém határátmenet mezoszkópikus transzportjelenségeit, és megmutattuk, hogy a diffúzív tartomány fáziskoherens térfogatának növekedésével proximity-szupravezetés jön létre. Részletesen tanulmányoztuk az ionos vezetéstől származó ún. memrisztor jelenséget Ag-S felületi rétegen létrehozott kontaktusokban. A 3-5 nm mérettartományban kialakított kontaktusokban extrém nagy áramsűrűségnél rezisztív kapcsolási jelenséget figyeltünk meg. Elsőként állítottunk elő fémes tulajdonságú ionos nano-kapcsolókat, melyekről megmutattuk, hogy mindkét állapotában közel ballisztikus vezetés valósul meg, és nagysebességű kapcsolásra alkalmas ( <10 ns). A projekt keretében összesen 15 publikáció készült. Nívós nemzetközi folyóiratokban jelent meg 12 publikáció, impakt faktor összegük: 64.485. A fémes Ag-S memrisztor kapcsolókra vonatkozó legújabb eredmények a Material Research Society 2011-es konferenciáján kerültek bemutatásra.
kutatási eredmények (angolul)
In the framework of the project we studied spin polarization phenomena by Andrejev and MOKE spectroscopies. The degree of spin polarization has been determined in different ferromagnetic materials by applying a home made instrument. A new method has been worked out to determine the spin diffusion length, and the applicability was demonstrated by model experiments. A broad variety of materials promising for spintronic applications were studied by MOKE spectroscopy. The mesoscopic transport phenomena of superconductor-metal interface were investigated and the presence of proximity superconduction have been shown to occur with the increase of the volume of the phase coherent diffusive regions. The memristor effect originating form ionic conduction was investigated in details on contacts prepared at the surface layer of Ag-S thin films. Applying contacts in the 3-5 nm range and extremely large current densities allowed to observe the resistive switching phenomenon. We were the first to prepare ionic nano-switches of metallic character and we have shown that close to ballistic conduction is realized in both states of the switch and it is appropriate for high frequency (<10 ns) switching. In the framework of the project 15 publications were prepared. 12 of them appeared in high level international scientific journals, the comulated impact factor is: 64.485.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72916
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
A. Geresdi, A. Halbritter, M. Csontos, Sz. Csonka, G. Mihály, T. Wojtowicz, X. Liu, B. Jankó, J. K. Furdyna: Nanoscale spin-polarization in dilute magnetic semiconductor (In,Mn)Sb, Phys. Rev. B 77, 233304, 2008
P. Makk, Sz. Csonka, and A. Halbritter: Effect of hydrogen molecules on the electronic transport through atomic-sized metallic junctions in the superconducting state, Phys. Rev. B 78, 045414, 2008
Bordacs S, Varjas D, Kezsmarki I, Mihaly G, Baldassarre L, Abouelsayed A, Kuntscher CA, Ohgushi K, Tokura Y: Magnetic-Order-Induced Crystal Symmetry Lowering in ACr(2)O(4) Ferrimagnetic Spinels, Phys. Rev. Lett. 103, 077205, 2009
S. Iguchi, S. Kumakura, Y. Onose, S. Bordaács, I. Kézszsmárki, N. Nagaosa, and Y. Tokura: Optical Probe for Anomalous Hall Resonance in Ferromagnets with Spin Chirality, Phys. Rev. Lett. 103, 267205, 2009
L. Hofstetter, A. Geresdi., M. Aagesen, J. Nygard, C. Schönenberger and S. Csonka: Ferromagnetic Proximity Effect in a Ferromagnet–Quantum-Dot–Superconductor Device, Phys. Rev. Lett. 104, 246804, 2010
A. Halbritter, P. Makk, Sz. Mackowiak, Sz. Csonka, M. Wawrzyniak and J. Martinek: Regular Atomic Narrowing of Ni, Fe, and V Nanowires Resolved by Two-Dimensional Correlation Analysis, Phys. Rev. B 82, 212501, 2010
A. Geresdi, A. Halbritter and G. Mihály: Transition from coherent mesoscopic single particle transport to proximity Josephson-current, Phys. Rev. B 82, 212501, 2010
S. Bordács, I. Kézsmárki, K. Ohgushi and Y. Tokura: Experimental band structure of the nearly half-metallic CuCr2Se4: an optical and magneto-optical study, New Journal of Physics 12, 053039, 2010
A. Geresdi, A. Halbritter, A Gyenis, P. Makk and G. Mihály: From stochastic single atomic switch to nanoscale resistive memory device, Nanoscale 3, 1504, 2011
A. Geresdi, A. Halbritter, F. Tanczikó and G. Mihály: Direct measurement of the spin diffusion length by Andreev spectroscopy, Applied Physics Letters 98, 212507, 2011
A. Geresdi, A. Halbritter, E. Szilágyi and G. Mihály: Probing of Ag-based resistive switching on the nanoscale, MRS ONLINE PROCEEDINGS 1331: 6 p. Paper mrss11-1331-k01-07, DOI: 10.1557/opl.2011.1474, 2011
Kezsmarki I, Kida N, Murakawa H, Bordacs S, Onose Y, Tokura Y: Enhanced Directional Dichroism of Terahertz Light in Resonance with Magnetic Excitations of the Multiferroic Ba2CoGe2O7 Oxide Compound., Phys. Rev. Lett. 106, 057403, 2011
P. Makk, D. Visontai, L. Oroszlány, D. Zs. Manrique, Sz. Csonka, J. Cserti, C. Lambert, and A. Halbritter: Advanced Simulation of Conductance Histograms Validated through Channel-Sensitive Experiments on Indium Nanojunctions, Phys. Rev. Lett. 107, 276801, 2011
A. Halbritter, A, Geresdi and G. Mihály: Spin polarized transport in nanoscale devices, Nanoscale, submitted, 2012
A.Geresdi, A. Halbritter, G. Mihály: Nanoionic resistive switching in truly nanometer-scale metallic conductance channels, Nature Nanotechnology - kézirat, 2012




vissza »