Germaniumtellurid ist ein ferro­elektrischer Rashba-Halb­leiter mit einer Reihe von interes­santen Eigen­schaften. Die Kristalle bestehen aus Nano­domänen, die sich durch externe elektrische Felder polari­sieren lassen. Aufgrund des Rashba-Effekts kann in diesem Material die Ferro­elektrizität auch dazu genutzt werden, die Elektronen­spins innerhalb der Domänen umzu­schalten. GeTe ist daher auch als Material für spin­tronische Bauelemente von Interesse, die eine Daten­ver­arbeitung mit deutlich geringerem Energie­aufwand ermöglichen. Ein Team des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie und der Lomonossow-Universität Moskau hat jetzt umfassende Einblicke in dieses Material auf der Nanoskala gewonnen.

„Wir haben das Material mit einer Reihe von komple­men­tären Methoden unter­sucht, um seine atomare Struktur und insbesondere auch die interne Korrelation zwischen der atomaren und elektro­nischen Struktur auf der Nanoskala zu bestimmen“, sagt die Lada Yashina, die die hoch­wertigen kristal­linen Proben in ihrem Labor in Moskau herge­stellt hat. Mikro­skopische Unter­suchungen zeigten, dass die ferro­elektrischen Nano­domänen von zwei ver­schie­denen Arten von Grenz­flächen umgeben sind.

An BESSY II konnte das Team diese Grenz­flächen genau unter­suchen und Nano­domänen mit entweder Germanium- oder Tellurium-Atomen an der obersten Ober­flächen­schicht zuordnen. „Dabei konnten wir auch die Zusammen­hänge zwischen der Spin­polari­sation im Inneren oder an der Ober­fläche der Domänen mit den Konfigu­ra­tionen der ferro­elektrischen Polari­sation genau analy­sieren“, erklärt Jaime Sánchez-Barriga vom HZB.

Das Team ermittelte auch, wie die Spin­textur durch ferro­elektrische Polari­sation inner­halb einzelner Nano­domänen wechselt. „Unsere Ergebnisse sind wichtig für poten­zielle Anwendungen ferro­elektrischer Rashba-Halbleiter in nicht­flüchtigen Spin­tronik-Bau­elementen mit erweiterten Speicher- und Rechen­fähig­keiten auf der Nanoskala“, betont Sánchez-Barriga.

HZB / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. S. Frolov et al.: Atomic and Electronic Structure of a Multidomain GeTe Crystal, ACS Nano, online 2. November 2020; DOI: 10.1021/acsnano.0c05851
• Elektronenspeicherring BESSY-II, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Berlin
• Fklt. Chemie, Lomonossow-Universität Moskau, Russland