Im Gebiet der Spin-Elektronik wird der Spin des Elektrons zusätzlich zu seiner Ladung für Bauelementkonzepte ausgenutzt. Hierbei ist die effiziente elektrische Erzeugung einer Spinakkumulation in einem halbleitenden Material von großer Bedeutung. Die Erzeugung der Spinakkumulation kann mithilfe eines ferromagnetischen Metall-Kontaktes erfolgen. Wird eine elektrische Spannung an die Grenzfläche zwischen dem ferromagnetischen Metall und dem Halbleiter so angelegt, dass spinpolarisierte Elektronen vom Metall in den Halbleiter fließen, spricht man von elektrischer Spininjektion. Bei einer Umkehrung der Spannung werden bevorzugt Elektronen der entgegengesetzten Spinorientierung aus dem halbleitenden Material entfernt. Dieser Prozess wird als Spinextraktion bezeichnet. In dieser Arbeit wird die elektrische Erzeugung einer Spinakkumulation in lateral strukturierten, epitaktischen Hybridstrukturen bestehend aus ferromagnetischen Metallkontakten auf n-dotiertem GaAs untersucht. Allgemein ist neben der Spinpolarisation im Ferromagneten auch die spinunabhängige elektrische Charakteristik eines Kontaktes von zentraler Bedeutung für die effiziente Spinerzeugung. Hier wird gezeigt, dass die gewöhnlichen Strom-Spannungs-Kennlinien die Spininjektionseigenschaften dominieren können. Außerdem wird ein neuartiges Bauelementkonzept vorgestellt und experimentell untersucht. Hierbei handelt es sich um ein lokales Spin-Ventil, welches Spinextraktion statt Spininjektion als Spinerzeugungsprozess verwendet. Im Gegensatz zum gewöhnlichen lokalen Spin-Ventil kann ein solches Extraktions-Spin-Ventil als Baustein eines erweiterten Bauelements angesehen werden, welches auf mehreren, aufeinanderfolgenden Extraktionsprozessen beruht. Die Eigenschaften des Extraktions-Spin-Ventils werden diskutiert und es wird gezeigt, wie seine Funktionalität beispielsweise für das Auslesen der Daten in magnetischen Speichern angewendet werden kann. / The efficient electrical generation of a spin accumulation inside a semiconductor (SC) utilizing the interface with a ferromagnetic metal (FM) is essential for the realization of many spintronic device concepts, in which the spin of the electron is exploited in addition to its charge for computational and memory purposes. At FM/n-type SC hybrid contacts, the application of a reverse bias leads to the injection of spin-polarized electrons into the SC. Alternatively, an applied forward bias can be used to generate a spin accumulation of opposite sign due to the extraction of electrons with a particular spin orientation. In this work, the electrical generation and detection of a spin accumulation is studied using epitaxial and laterally structured ferromagnetic metal/n-type GaAs hybrid systems in various measurement geometries. To achieve a high spin generation efficiency, the spinindependent electrical properties of the contact have to be considered in addition to the choice of the injector material with respect to its degree of spin polarization. Here, it is shown that the current-voltage characteristics can even constitute the dominating design parameter with respect to the spin injection properties. In addition, a novel device concept is presented and studied experimentally. This approach essentially relies on spin extraction as the spin generation process in a local spin valve geometry. In contrast to local spin valves based on spin injection, the presented extraction spin valve can be regarded as a building block of an extended device comprising multiple extraction events along the lateral spin transport channel. It is shown how such multiple extraction spin valves allow for an intriguing functionality, which can be used, for example, for the read-out of data in magnetic memory applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/17882 |
| Date | 12 June 2015 |
| Creators | Manzke, Yori |
| Contributors | Riechert, Henning, Güntherodt, Gernot, Fischer, Saskia F. |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Namensnennung, http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/ |
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