Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die spinnen, die Elektronen!

15.02.2017

Grenzfläche zwischen Isolatoren ermöglicht Informationstransport per Spin.

Heutige Computertechnologie basiert auf dem Transport elektrischer Ladung in Halbleitern. Doch schon in naher Zukunft wird das Potential dieser Technologie ausgeschöpft sein, da die verwendeten Bauteile nicht weiter miniaturisiert werden können.


Diese Grenzschicht erlaubt den Transport von Information über den Dreh-impuls von Elektronen – Bild: Christoph Hohmann / NIM

Doch es gibt noch eine weitere Möglichkeit: Statt der Ladung der Elektronen könnte ihre Drehrichtung, ihr Spin, für den Informationstransport genutzt werden. Wie das geht, zeigt nun ein Wissenschaftlerteam aus München und Kyoto.

Computer und Mobilgeräte stellen Jahr für Jahr einen größeren Funktionsumfang bereit.
Basis für diese Leistungssteigerungen ist eine immer weitergehende Miniaturisierung.
Dieser ist jedoch eine fundamentale Grenze gesetzt, so dass eine beliebige weitere Steigerung mit konventioneller Halbleitertechnologie nicht zu erwarten ist.

Forschende in aller Welt arbeiten deshalb an Alternativen. Als besonders vielversprechend erweist sich die sogenannte Spin-Elektronik. Sie macht sich zunutze, dass Elektronen neben der Ladung auch einen Drehimpuls besitzen, den Spin. Diese Eigenschaft möchten die Fachleute nutzen, um die Informationsdichte und damit den Funktionsumfang zukünftiger Elektronik weiter zu erhöhen.

Wissenschaftler des Walther-Meißner-Institutes der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (WMI) und der Technischen Universität München (TUM) in Garching konnten jetzt zusammen mit Kollegen von der Kyoto Universität in Japan den Transport von Spin-Information bei Raumtemperatur in einem außergewöhnlichen Materialsystem
nachweisen.

Eine besondere Grenzfläche

In ihren Experimenten wiesen sie die Erzeugung, den Transport und die Detektion von elektronischen Spins in der Grenzfläche zwischen den Materialien Lanthan-Aluminat (LaAlO2) und Strontium-Titanat (SrTiO3) nach. Die Besonderheit dieses Materialsystems: An der Grenzfläche zwischen den beiden nichtleitenden Materialien bildet sich eine extrem dünne, elektrisch leitfähige Schicht aus, ein sogenanntes zweidimensionales Elektronengas.

Das deutsch-japanische Team konnte nun zeigen, dass dieses zweidimensionale Elektronengas nicht nur Ladung, sondern auch Spin transportieren kann. „Dazu mussten wir zunächst einige technische Hürden überwinden“, sagt Dr. Hans Hübl, stellvertretender Direktor des Walther-Meißner-Instituts. „Die beiden wichtigsten Fragestellungen dabei lauteten: Wie lässt sich der Spin in das zweidimensionale Elektronengas übertragen und wie lässt sich sein Transport nachweisen?“

Informationstransport durch den Spin

Das Problem der Spin-Übertragung lösten die Wissenschaftler durch einen magnetischen Kontakt, dessen Elektronen durch Mikrowellenstrahlung zu einer Präzessionsbewegung gezwungen werden, analog zur Taumelbewegung eines Kreisels. Genau wie beim Kreisel hält diese Bewegung nicht ewig an, sondern schwächt sich ab – in diesem Fall durch Abgabe von Drehmoment an das zweidimensionale Elektronengas. Dieses ist nun in der Lage, die Spin-Information zu einem nichtmagnetischen Kontakt zu transportieren, der sich einen Mikrometer neben dem magnetischen Kontakt befindet.

Der nichtmagnetische Kontakt detektiert den Spin-Transport indem er die Spins absor-biert und dabei eine elektrische Spannung aufbaut. Durch Messung dieser Spannung konnten die Forscher den Spin-Transport systematisch untersuchen und nachweisen, dass er in derartigen Strukturen über Entfernungen bis zum hundertfachen Abstand heu-tiger Transistoren möglich ist.

Basierend auf diesen Ergebnissen will das Wissenschaftler-Team nun erforschen, inwie-weit sich mit diesem Materialsystem spinelektronische Bauelemente mit neuartigen Funktionalitäten realisieren lassen.

Das Forschungsprojekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Exzellenzclusters „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) finanziell gefördert.

Publikation:
Strong evidence for d-electron spin transport at room temperature at a LaAlO3/SrTiO3 interface. R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S.T.B Goennenwein and M. Shiraishi. Nature Materials, Advanced Online Publication 13. Februar 2017. DOI:10.1038/nmat4857

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4857.html
Pressebild: Diese Grenzschicht erlaubt den Transport von Information über den Dreh-impuls von Elektronen – Bild: Christoph Hohmann / NIM

Kontakt:
Dr. Hans Gregor Hübl,
Gruppenleiter Magnetismus und Spintronics
Walther-Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften und
Lehrstuhl für Technische Physik (E23) der Technischen Universität München
Walther-Meißner-Straße 8, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 14204 – E-Mail: hans.huebl@tum.de –Web: http://www.wmi.badw.de

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4857.html
http://www.wmi.badw.de

Dr. Isabel Leicht | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie