Investigation of Weyl semimetal Mn3Ge

Abstract

In this thesis, we prepare non-collinear antiferromagnetic Weyl-semimetal Mn3Ge thin films by MBE method. The crystal structure and chemical composition of the film are characterized by in-situ RHEED, LEED, STM and XPS, along with the ex-situ AFM, XRD and RBS measurement. Measurements using PPMS, MPMS and ST-FMR reveal the unique magnetic and transport properties of the hexagonal Mn3Ge film, which are due to the Kagome spin structure of the Mn atoms. To investigate the possibility of the Mn3Ge-based AF application, we fabricate the Hall bar devices based on the Mn3Ge/Pt bilayer structure via ultraviolet lithography and measure the electrical switching of the bilayer’s Hall voltage in the absence of the external magnetic field. The observation can be explained by the seed SOT mechanism in the Mn3Ge layer. This research provides another method of the electrical manipulation of the magnetic material and shows promise for AF spintronics.

In dieser Arbeit stellen wir nichtkollineare antiferromagnetische Weyl-Halbmetall-Mn3Ge-Dünnschichten mit der MBE-Methode her. Die Kristallstruktur und die chemische Zusammensetzung der Schicht werden durch In-situ-RHEED, LEED, STM und XPS sowie Ex-situ-AFM-, XRD- und RBS-Messungen charakterisiert. Messungen mit PPMS, MPMS und ST-FMR enthüllen die einzigartigen magnetischen und Transporteigenschaften der hexagonalen Mn3Ge-Schicht, die auf die Kagome-Spinstruktur der Mn-Atome zurückzuführen sind. Um die Möglichkeit der Anwendung von Mn3Ge-basierter AF zu untersuchen, fertigen wir Hall-Bar-Geräte auf Basis der Mn3Ge/Pt-Doppelschichtstruktur mittels Ultraviolettlithografie und messen das elektrische Schalten der Hall-Spannung der Doppelschicht in Abwesenheit des äußeren Magnetfelds. Die Beobachtung kann durch den Seed-SOT-Mechanismus in der Mn3Ge-Schicht erklärt werden. Diese Forschung bietet eine weitere Methode zur elektrischen Manipulation des magnetischen Materials und ist vielversprechend für die AF-Spintronik.