Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RUB-Forscher machen Elektronenspin nutzbar

28.09.2007
Spin-Polarisation mit Langzeitgedächtnis
Bochumer Nano-Quantenpunkte sind weltweit Spitze

Im weltweiten Rennen um Möglichkeiten zur Nutzung des Elektronenspins ist ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Prof. Dr. Andreas Wieck (RUB-Lehrstuhl für Festkörperphysik) ganz vorne mit dabei: Den Forschern ist es gelungen, die Polarisation von Kernspins und daran gekoppelte Elektronenspins für einige zehn Minuten aufrecht zu erhalten - eine schier unendliche Zeit für computertypische Rechenschritte.

Sie polarisierten dazu die Elektonenspins mittels Laserimpuls, woraufhin sich das entstehende einheitliche Magnetfeld der Elektronen auf die umgebenden Atomkerne übertrug. Diese funktionieren somit als Gedächtnis für die Spin-Polarisation, die die Elektronen allein üblicherweise blitzschnell wieder "vergessen". Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science" vom 28. September 2007.

Normalerweise chaotisch

Neben der elektrischen Ladung bringen Elektronen praktisch "umsonst" eine weitere Eigenschaft mit: ihre Eigendrehung, Spin genannt. "Jedes Elektron hat jeweils sowohl Ladung als auch Spin", erklärt Prof. Wieck, "im Vergleich dazu hat ein Eiskunstläufer beispielsweise Grazie und Drehung - Eigenschaften, die nicht unbedingt direkt zusammen hängen müssen." Der Spin erzeugt je ein kleines Magnetfeld. Dieses könnte man ebenso wie die elektrische Ladung für die Informationstechnologie nutzen, sofern man es schafft, die unter normalen Bedingungen chaotisch in alle Richtungen ausgerichteten Magnetfelder aller Elektronen eines Atoms gleich auszurichten und diesen Zustand lange genug aufrechtzuerhalten, dass informationstechnische Prozesse möglich werden. Noch wird der Spin von der Halbleiter-Elektronik überhaupt nicht genutzt.

Winzig kleine Magnetfelder

Das soll die neu zu entwickelnde "Spintronik" ändern: durch die "Spin-Polarisation". Im weltweiten Rennen der Forscher um möglichst anwendungsfreundliche Spintronik-Bauelemente ist die Ruhr-Universität ganz vorne mit dabei. Die Arbeitsgruppe von Prof. Wieck stellt seit Jahren die besten "Quantenpunkte" her, in denen Spinphänomene besonders gut studiert und zur Anwendung gebracht werden können. "Diese Quantenpunkte haben etwa die Form eines "Hamburger-Oberteiles", nur sind sie drei Millionen mal kleiner und es würden rund fünf Milliarden mal fünf Milliarden Quantenpunkte in eine echte Brötchenhälfte hineinpassen", veranschaulicht Wieck die winzigen Dimensionen, in denen die Forscher experimentieren.

Atomkerne sind das Gedächtnis

Das für die Forscher Interessante an den Quantenpunkten ist, dass jeder mit genau einem Elektron besetzt werden kann. Dessen Spin wird in einer Kooperation mit Dortmunder Physikern um Prof. Manfred Bayer durch einen Laserpuls ausgerichtet und überträgt sich auf die umgebenden Atomkerne im Quantenpunkt. Diese Atomkerne sind dann "spin-polarisiert" und halten ihre Polarisation - im Gegensatz zu den "vergesslicheren" Elektronen - einige zehn Minuten. Das ist mehr als Zeit genug, um in aller Ruhe logische Operationen wie Rechenschritte oder sonstige, in Computern übliche Programme durchzuführen. Danach kann die Kernpolarisation durch einen zweiten Laserstrahl bequem wieder ausgelesen werden. Oder durch einen weiteren Puls überschrieben oder gelöscht, je nach Bedarf. "Ein wenig ähnelt dieses Verfahren der Kernspintomographie, bei der durch ein starkes Magnetfeld die Spins der Atomkerne in den Körperzellen gleich ausgerichtet werden, nur, dass hier nicht der menschliche Körper, sondern nanoskopische Quantenpunkte vermessen werden", so Wieck. "Durch ihre große Anzahl und Packungsdichte bedeuten sie einen erheblichen Fortschritt für die Informationsverarbeitung."

Titelaufnahme

A. Greilich et.al.L Nuclei-Induced Frequency Focusing of Electron Spin Coherence. In: Science, Vol 317, Issue 5846, 28. September 2007.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Andreas Wieck, Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik, andreas.wieck@rub.de zurzeit im Forschungs-Freisemester am CRHEA-CNRS in Nice Sophia-Antipolis, Frankreich, Tel.: 00 33 4 93 95 78 11

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Berichte zu: Atomkern Elektron Elektronenspin Magnetfeld Quantenpunkt Spin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All
24.01.2017 | Leibniz Universität Hannover

nachricht European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen
24.01.2017 | European XFEL GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie