Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchfluss für Spin-Strom

01.09.2011
Stanislav Chadov berechnet ideale Materialkombinationen für einen möglichst verlustfreien Spin-Stromfluss

Am Anfang einer Entdeckung oder der Verbesserung von neuen Werkstoffen steht oft der Versuch und das Experiment im Labor. Einen anderen Weg schlägt der Arbeitskreis von Univ.-Prof. Dr. Claudia Felser an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ein. Mithilfe von Berechnungen werden die Eigenschaften von Materialien ermittelt und für das Design neuer Werkstoffe verwendet.

Dr. Stanislav Chadov hat nun durch Computerberechnungen festgestellt, dass sich ein Spin-Strom durch die Verwendung bestimmter Materialien verlustärmer und damit viel effizienter herstellen ließe. Spin-Ströme werden in sogenannten Spintronics-Anwendungen genutzt, bei denen der Spin anstelle der Ladung von Elektronen für die Verarbeitung und den Transport von Informationen verwendet wird. Der Spin ist ein Eigendrehimpuls, ein kleiner Magnet, der in zwei verschiedene Richtungen ausgerichtet sein kann und so als Informationsträger dient. Auf der Basis von Spin-Effekten können höchst empfindliche magnetische Sensoren gebaut werden.

Vor Kurzem hat der Arbeitskreis Felser anhand von theoretischen Ermittlungen ein Design von Spintronik-Bauteilen vorgeschlagen. Dazu gehören Schalter, um einen elektrischen Strom mithilfe von kleinen magnetischen Feldern an- oder abzuschalten. Ob und wie das funktioniert, hängt direkt von der Spin-Polarisierung des Stroms ab, also davon, ob die Elektronen vorwiegend eine bestimmte Drehrichtung aufweisen. „Die ideale Situation wäre, dass alle Elektronen den gleichen Spin haben“, erklärt Chadov. In der Realität ist es aber so, dass verschiedene Faktoren die Effizienz der Spintronik-Bauteile schmälern, vor allem indem die einheitliche Spin-Polarisierung zerstört wird. Zu großen Verlusten bei der Spin-Polarisierung kommt es typischerweise an Schnittstellen zwischen halbmetallischen und halbleitenden Materialien. „Das liegt häufig an mechanischen und chemischen Unverträglichkeiten unter den verwendeten Materialien“, so Chadov. Mit seinen Computerberechnungen hat der Wissenschaftler gezeigt, dass sich dieses Problem lösen lässt, wenn man nur Heusler-Materialien für die Schalter verwendet. Heusler-Materialien werden am Arbeitskreis Felser in vielerlei Hinsicht erforscht, da sie mit ihren ungewöhnlichen Eigenschaften und einer großen Vielfalt als vielversprechende Kandidaten für neue Werkstoffe gesehen werden. Sie bestehen aus drei oder vier verschiedenen Ausgangselementen, die sich jeweils einzeln ganz anders verhalten als in einer Legierung zusammen.

Chadovs Untersuchungen ergaben, dass aus der Gruppe der Heusler-Materialien thermisch stabile halbmetallische Ferromagnete wie auch nichtmagnetische Halbleiter mit ganz ähnlicher Kristallstruktur zu finden sind. „Es ist ungewöhnlich, dass zwei Materialien mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften Kristallgitter haben, die aufeinander passen“, so der Wissenschaftler. Durch die passenden Kristallgitter kann der Spin-Strom fließen, ohne dass es zu einem Bruch kommt. Der Strom gelangt fließend von dem Ferromagneten zum Halbleiter.

Bei den Berechnungen kam unter anderem ein hochmodernes Computersystem zum Einsatz, das IBM im Rahmen der Verleihung des SUR Grant Wissenschaftspreises an Prof. Felser zur Verfügung gestellt hat.

Die Halbmetall/Halbleiter kobaltbasierte Heusler Kombinationen wurden patentiert: C. Felser, F. Casper, X. Dai, and G. Reiss, Patent DE102008046920.3.

Univ.-Prof. Dr. Claudia Felser leitet auch die Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ). Die Schule wurde in der Exzellenzinitiative im Jahr 2007 bewilligt und bewirbt sich zurzeit mit einem Folgeantrag in der zweiten Phase des Wettbewerbs. MAINZ besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung. Exzellente Doktoranden der Naturwissenschaften aus dem In- und Ausland erhalten durch die Graduiertenschule eine herausragende Ausbildung auf dem Gebiet der Materialwissenschaften.

Veröffentlichung:
Stanislav Chadov, Tanja Graf, Kristina Chadova, Xuefang Dai, Frederick Casper, Gerhard H. Fecher, and Claudia Felser
Efficient Spin Injector Scheme Based on Heusler Materials
Physical Review Letters, 18 July 2011
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.047202
Weitere Informationen:
Dr. Stanislav Chadov
Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-22703
Fax +49 6131 39-26267
E-Mail: chadov@uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.superconductivity.de/
http://www.uni-mainz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie