Hallesche Wissenschaftler entwickeln neues Herstellungsverfahren für ultradünne Schichten

Bessere Materialien für die Speicher- und Informationstechnik: Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik (MPI) haben ein neues und einfacheres Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Schichten aus Yttrium-Eisen-Granat entwickelt.

Erstmals können so die besonderen magnetischen Eigenschaften dieses Materials auch in dünnen Schichten für die Spintronik ausgenutzt werden. In der Praxis lässt sich dadurch künftig die Größe neuer Bauelemente reduzieren, die für die Informationsverarbeitung eingesetzt werden können. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal „Scientific Reports“ der Nature Publishing Group veröffentlicht.

Bislang wurden die nur wenige Nanometer dicken Schichten aus Yttrium-Eisen-Granat (YIG) bei sehr hohen Temperaturen hergestellt. Die Qualität war dabei aber schlechter als in dickeren Schichten. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 762 „Funktionalität oxidischer Grenzflächen“ ist es den halleschen Wissenschaftlern nun gelungen, YIG-Schichten bei Raumtemperatur zu erzeugen und damit zugleich die magnetischen Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Dafür haben sie das YIG mit kurzen Laserimpulsen von einem Probenmaterial, dem sogenannten Target, abgetragen, auf ein Substrat aufgebracht und anschließend erhitzt. Magnetische Materialien werden heute in der Informations- und Speichertechnologie genutzt, um immer kleinere und schnellere Speicher zu entwickeln, aber auch um den klassischen Transistor in Zukunft zu ersetzen.
„Wenn wir ultradünne Schichten bei Raumtemperatur herstellen und anschließend einmal aufheizen, ist die kristalline Qualität des Yttrium-Eisen-Granats höher als bei bisherigen Verfahren. Dadurch können sich Spinnwellen in der Schicht weiter ausbreiten. Die Signalübertragung bricht nicht so schnell ab“, erläutert Prof. Dr. Georg Schmidt vom Institut für Physik, der das interdisziplinäre Zentrum für Materialwissenschaften an der MLU leitet. „Da wir jetzt dünnere Schichten haben, können außerdem Bauteile zur Verarbeitung von Informationen, wie neue Transistoren, wesentlich kleiner gebaut werden.“
Das neue Verfahren haben die halleschen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik untersuchen lassen. „Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren ist die Schicht zunächst ungeordnet. Erst bei einem anschließenden Schritt entsteht eine kristalline Ordnung. Diese ist noch besser für die Anwendung als eine Schicht, die direkt bei hohen Temperaturen und einkristallin hergestellt wird“, so Schmidt. Unterstützt wurden die Physiker von Prof. Dr. Stefan Ebbinghaus vom Institut für Chemie, der das Probenmaterial für das Verfahren hergestellt hat.

Angaben zur Publikation:
Christoph Hauser, Tim Richter, Nico Homonnay, Christian Eisenschmidt, Mohammad Qaid, Hakan Deniz, Dietrich Hesse, Maciej Sawicki, Stefan G. Ebbinghaus & Georg Schmidt: Yttrium Iron Garnet Thin Films with Very Low Damping Obtained by Recrystallization of Amorphous Material. Sci. Rep. 6, 20827; DOI: 10.1038/srep20827
Abzurufen unter: http://www.nature.com/articles/srep20827