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 Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE