De verborgen eigenschappen van Germaniumtelluride op nanoschaal onthuld

Germaniumtelluride (GeTe) staat bekend als een ferrolektrische Rashba-halfgeleider met een aantal interessante eigenschappen. De kristallen bestaan ​​uit nanodomeinen waarvan de ferrolektrische polarisatie kan worden omgeschakeld door externe elektrische velden. Vanwege het zogenaamde Rashba-effect kan deze ferro-elektriciteit ook worden gebruikt om elektronenspins binnen elk domein te schakelen. Germaniumtelluride is daarom een ​​interessant materiaal voor spintronische apparaten, die gegevensverwerking mogelijk maken met aanzienlijk minder energie-input.

Nu heeft een team van de HZB en de Lomonosov Moscow State University, die een Helmholtz-RSF Joint Research Group heeft opgericht, uitgebreide inzichten verschaft in dit materiaal op nanoschaal. De groep wordt geleid door fysisch chemicus Dr. Lada Yashina (Lomonosov State University) en HZB-fysicus Dr. Jaime Sánchez-Barriga. “We hebben het materiaal onderzocht met behulp van een verscheidenheid aan geavanceerde methoden om niet alleen de atomaire structuur te bepalen, maar ook de interne correlatie tussen de atomaire en elektronische structuur op nanoschaal”, zegt Lada Yashina, die de high produceerde. -kwaliteit kristallijne monsters in haar laboratorium.

Hun microscopisch onderzoek toonde aan dat de kristallen twee verschillende soorten grenzen bezitten rond ferro-elektrische nanodomeinen met afmetingen tussen 10 en 100 nanometer. Bij BESSY II kon het team twee oppervlakteterminaties met tegengestelde ferro-elektrische polarisatie waarnemen en analyseren hoe deze terminaties overeenkomen met nanodomeinen met Ge- of Te-atomen op de bovenste oppervlaktelaag.

“Bij BESSY II waren we in staat om de intrincante relatie tussen de spinpolarisatie in de massa of aan het oppervlak en de tegenovergestelde configuraties van de ferro-elektrische polarisatie nauwkeurig te analyseren”, legt Jaime Sánchez-Barriga uit. De wetenschappers bepaalden ook hoe de spintextuur verandert door ferro-elektrische polarisatie binnen individuele nanodomeinen. “Onze resultaten zijn belangrijk voor mogelijke toepassingen van ferro-elektrische Rashba-halfgeleiders in niet-vluchtige spintronische apparaten met uitgebreid geheugen en computermogelijkheden op nanoschaal”, benadrukt Sánchez-Barriga.