Institut für Theoretische Physik III
Forschung

Allgemeine Beschreibung des Projektes B1

Projekt: Einfluß magnetischer Wechselwirkungen auf den Transport in 2D-Elektronengasen
Kontakt:
Prof. K. Efetov
Theoretische Physik III

Ruhr-Universität Bochum
Universitätstrasse 150
44780 Bochum

Tel.: (02 34) 32 - 2 37 37
Fax: (02 34) 32 - 1 44 48

Zusammenfassung:
Das Studium der Transporteigenschaften niedrig dimensionaler elektronischer Systeme unter dem Einfluss magnetischer Wechselwirkungen ist in den letzten Jahren ein sehr beliebtes Forschungsobjekt geworden. Fortschritte in der Präparation von metallischen und semi-metallischen Nanostrukturen hoher Qualität machen es möglich, sehr interessante experimentelle Schaltungen zu entwerfen und die Transporteigenschaften derartiger Systeme sorgfältig zu messen.

Zweidimensionale Elektronengase (2DEG), die experimentell auf Grenzflächen in GaAs-AlGaAs Heterostrukturen realisiert werden, können nun durch magnetische Overlayer ergänzt werden. Ob man auf diese Weise ein homogene magnetische Magnetisierung erhalten kann oder in Praxis eine periodische oder irreguläre magnetische Struktur, ist unklar. Das bedeutet, dass theoretische Untersuchungen des Verhaltens eines 2DEG in homogenen und inhomogenen magnetischen Feldern sehr interessant und für Experimente relevant sein könnte.

Obgleich viel Arbeit in das Studium des ganzzahligen und des Quanten-Hall-Effektes investiert worden ist, gibt es viele neue interessante Phänomene, die in einem nicht homogenen magnetischen Feld oder Austauschfeld in einem 2DEG gemessen werden können. Die magnetischen Wechselwirkungen beeinflussen nicht nur die orbitale Bewegung sondern wirken auch auf den Spin der Elektronen und machen auf diese Weise das Problem noch komplizierter.

Es gibt auch andere Beispiele für Systeme, bei denen das Elektronengas als niedrig dimensional angesehen werden kann und wo magnetische Eigenschaften sehr wichtig sind. Man kann beispielsweise zwei ferromagnetische Drähte, die an einem Punkt verbunden sind, betrachten. Derartige Systeme zogen nach der Entdeckung der Quantisierung der Leitfähigkeit an derartigen Punktkontakten, die sogar bei Zimmertemperaturen gemessen werden kann, große Aufmerksamkeit auf sich [3].

Ein weiterer interessanter Effekt, der in derartigen Systemen gemessen wird, ist der Riesen-Magneto-Widerstand (GMR), der wesentlich größer als in ferromagnetischen Multilayern ist.

Obwohl theoretische Untersuchungen der Leitfähigkeit von Punktkontakten in der Gegenwart von magnetischen Momenten keine komplizierten Methoden erfordert, ist eine sorgfältige Analyse doch notwendig und es ist bisher auf diesem Gebiet nicht viel getan worden. Eine Untersuchung der kombinierten Effekte von GMR und Leitfähigkeit-Quantisierung könnte sehr interessant sein und einige Experimente erklären.

Das Studium der Spinstreuung in magnetisch inhomogenen Regionen in ferromagnetischen Materialien ist in den letzten Jahren auch das Objekt intensiver Forschung geworden. Die Anwesenheit von Domänenwänden kann zu einem Anwachsen des Widerstandes ferromagnetischer Drähte und Filme führen. Diese Zunahme kann, in Analogie zu GMR, als spinabhängige Streuung in Bereichen inhomogener Magnetisierung interpretiert werden. Nichtsdestoweniger ist bisher keine vollständige mikroskopische Theorie, die diesen Effekt beschreibt, entwickelt worden.

Die größte experimentelle Schwierigkeit bei der Untersuchung magnetischer Systeme besteht darin, den Beitrag zu dem Widerstand, der von der Elektronenstreuung an Domänenwänden herrührt, von anderen Beiträgen wie dem Lorentz-Widerstand oder dem anisotropen Magneto-Widerstand (AMR) zu separieren. Doch sind in den letzten Jahren experimentell beträchtliche Erfolge erzielt worden. Eine sorgfältige Messung des lokalen Widerstandes erlaubte es Danneau et al. [1], den Widerstand einer Domänenwand zu bestimmen. Ihre Resultate sind in Übereinstimmung, zumindest qualitativ, mit den Vorhersagen von Levy and Zhang [2], die vor einigen Jahren gemacht wurden: die Gegenwart einer Domänenwand vergrößert den Widerstand auf Grund der Mischung von Bändern mit Spin + und Spin -.

Die Ergebnisse von Ref. [2], obgleich qualitativ korrekt, basieren auf einem phänomenologischen Modell und können daher keine quantitative Beschreibung des Beitrages der Domänenwände zu dem Widerstand liefern. Wie schon erwähnt, fehlt bisher eine vollständige Theorie des Widerstandes von Domänenwänden, die alle möglichen Beiträge berücksichtigt. Es ist ein Hauptziel dieses Projektes, das zu ändern.


Aktuelles