Manipulation von Spinensembles in verdünnt-magnetischen Halbleitern

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Das aktuelle Forschungsgebiet der Spintronik verfolgt das Ziel, neben der Ladung von Teilchen auch deren Spineigenschaft in Bauelementen zu nutzen. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung ist die kontrollierte Manipulation spintragender Objekte. Der Autor demonstriert, dass sich aus der Kombination eines verdünnt-magnetischen Halbleiters mit metallischen Mikro- und Nanoferromagneten hierfür einzigartige Möglichkeiten ergeben. Verdünnt-magnetische Halbleiter weisen die Besonderheit auf, dass die magnetischen Momente ihrer Dotieratome an die Spins der Ladungsträger aus Valenz- und Leitungsband koppeln. Infolgedessen ist die spinabhängige Energieaufspaltung der Bänder im Magnetfeld bei Tieftemperatur mehr als 100 Mal stärker als in konventionellen Halbleitern wie GaAs. Das Streufeld optimierter ferromagnetischer Nanostrukturen reicht daher aus, um ein Ensemble von Ladungsträger-Spins lokal zu manipulieren. Durch optische Injektion spinpolarisierter Ladungsträger kann eine kohärente Spinpräzession der magnetischen Dotieratome um ein externes Magnetfeld initiiert werden. Deren Dynamik lässt sich ebenfalls über ferromagnetische Streufelder manipulieren.