Kurzfassung
Der aufstrebende Bereich der Spin-Elektronik behandelt die Kontrolle und die Beeinflussung des Spins des Elektrons, anstelle der Ladung. Das erste Kapitel dieser Arbeit gibt einen Überblick über einige der Forschungsbereiche der Spin-Elektronik und ordnet die Ziele dieser Arbeit in die Forschungsbereiche zu spin-elektronischen Bauteilen ein. In der Spin-Elektronik ist unter anderem die Erzeugung von spin-polarisierten Strömen, d.h. Strömen mit einem Ungleichgewicht der Spin-Besetzung, von großer Bedeutung. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedliche Ansätze zur Erzeugung von spinpolarisierten Strömen zur Nutzung in spin-elektronischen Bauteilen untersucht. Im zweiten Kapitel wird die ferromagnetische Heusler-Legierung Ni2MnIn untersucht, die als möglicher halb-metallischer Spininjektor diskutiert wird. Wir nutzen Punktkontakt-Andreev-Reflexion als Methode, um die Spinpolarisation von dünnen Filmen aus Ni2MnIn zu bestimmen. Die theoretischen Grundlagen der Messmethode werden ausführlich beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit ist ein Messaufbau dieser neuen experimentellen Methode verbessert worden. Es wurden Messungen an Gold-, Nickel- und Ni2MnIn-Filmen durchgeführt. Die experimentellen Daten werden mit drei unterschiedlichen theoretischen Modellen untersucht. Im dritten Kapitel wird ein alternativer Weg, um spinpolarisierte Ströme zu erzeugen, behandelt: der Bau eines reinen Halbleiter-Spinfilters. Die Spinpolarisation entsteht in solch einem Bauteil durch die Spin-Bahn-Wechselwirkung in zwei-dimensionalen Elektronengasen in InAs-Heterostukturen. Um eindimensionale Elektronenkanäle in dem Filter zu erhalten, haben wir Quantenpunktkontakte präpariert. Das Kapitel ist gegliedert in einen Teil, in dem die theoretischen Grundlagen von Quantenpunktkontakten und Spinfiltern beschrieben werden, und in einen Teil, in dem die experimentellen Ergebnisse gezeigt werden. Die Arbeit endet mit einem Fazit und einem Ausblick.
The emerging field of spintronics deals with the control and manipulation of the spin of the electrons rather than the charge. The first chapter of this thesis gives an overview of the areas of research in spintronics and puts the goals of the present work into the perspective of the work on spintronic devices. Amongst others, the generation of highly spin-polarized currents, i.e., currents with a nonequilibrium spin population, is of high importance for spintronics. In this thesis two different approaches to the generation of spin-polarized currents are investigated. In the second chapter the ferromagnetic Heusler alloy Ni2MnIn is investigated. It is a candidate as a half-metallic spin-injector. We use point-contact Andreev reflection as a method to determine the spin polarization of thin films of Ni2MnIn. A detailed description of the theoretical basics of the method is given. The setup for this technique has been optimized within this work. Measurements are performed on Au, Ni, and Ni2MnIn films. The experimental data is analyzed using three different theoretical models. Chapter 3 deals with an alternative approach to generate spin-polarized currents: the realization of a full-semiconductor spin filter. In such a device the spin polarization originates from the spin-orbit interaction in the two-dimensional electron gas in an InAs heterostructure. To obtain one-dimensional electron channels in the filter we have designed quantum point contacts. The chapter is divided into one part that presents the theoretical basics of quantum point contacts and of spin filters and a second part that gives the experimental results. The thesis ends with a conclusion and an outlook.