Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Elektronen die Kurve kriegen - Physiker entwickeln neuartigen Spin-Transistor

20.07.2012
Die Nachfrage nach Technologien, die immer schnellere Rechenprozesse ermöglichen oder die Speicherung immer größerer Datenmengen erlauben, ist riesig.

Jedoch gerät die konventionelle Elektronik allmählich an ihre Grenzen: Schnellere Transistoren führen zu extrem hohem Energieverbrauch und enormer Hitzeproduktion. Forscher auf der ganzen Welt sind deshalb auf der Suche nach neuen Methoden, die die Elektronik revolutionieren könnten.

Große Hoffnungen ruhen auf der Spinelektronik – der Nutzung der Spineigenschaften von Elektronen. Um diese aber für die Datenverarbeitung oder Datensicherung zu nutzen, muss man den Spin gezielt kontrollieren oder manipulieren können.

Einem Forscherteam der Universität Regensburg um Prof. Dr. Dieter Weiss vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik und Prof. Dr. Klaus Richter vom Institut für Theoretische Physik ist nun, zusammen mit Kollegen der Polnischen Akademie der Wissenschaft in Warschau, ein wichtiger Schritt gelungen. Sie haben ein neuartiges Spin-Transistorprinzip entwickelt, das es erlaubt, die Spin-Polarisation des elektrischen Stroms „an“ und „aus“ zu schalten.
In konventionellen Transistoren wird der Stromfluss durch ein elektrisches Feld gesteuert bzw. an- oder abgeschaltet. Dem gegenüber steuerten die Regensburger Forscher in ihrem transistorähnlichen Bauelement – bestehend aus einer Halbleiter-Schichtstruktur mit aufgeprägten ferromagnetischen Streifen – den Stromfluss dadurch, dass sie die Spineigenschaften der Elektronen manipulierten. Der Elektronenspin kann gewissermaßen als Pirouette des Elementarteilchens um die eigene Achse verstanden werden, welches mit einem magnetischen Moment verknüpft ist. Damit weist das Elektron magnetische Eigenschaften ähnlich einer winzigen Kompassnadel auf. Allerdings orientiert sich diese quantenmechanische Version einer Kompassnadel entweder parallel (spin-up) oder anti-parallel (spin-down) zu einem extern angelegten Magnetfeld.

Die Regensburger Physiker können mit ihrem neuen Verfahren nicht nur den elektrischen Stromfluss in ihrem transistorähnlichen Bauelement steuern, sondern auch die Spin-Polarisation des Elektronenflusses – also das Verhältnis zwischen „spin-up-Elektronen“ und „spin-down-Elektronen“ – kontrollieren und verändern. Dafür nutzten die Wissenschaftler ein extern angelegtes Magnetfeld. Im „An-Modus“ bewegen sich die Elektronen ungehindert in der Struktur, während ihre Spinausrichtung einem sich räumlich verändernden magnetischen Streufeld folgt, das von den ferromagnetischen Streifen ausgeht. Im „Aus-Modus“ wird das Magnetfeld so eingestellt, dass die Spins nicht mehr dem rotierenden Streufeld folgen können und auf eine energetisch verbotene Bahn mit entgegen gesetztem Spin „ausweichen“ müssen – der Strom wird reduziert.

Der zugrundeliegende quantenmechanische Effekt lässt sich am Beispiel eines Autos verdeutlichen, das sich um eine scharfe Kurve herum bewegt. Sofern der Wagen langsam genug fährt, bleibt er auf der Straße und kann so die Kurve nehmen („An-Modus“). Wenn der Wagen zu schnell ist, dreht er sich und kann die Fahrt auf der Straße nicht fortsetzen („Aus-Modus“).
Die Untersuchungen der Regensburger Forscher sind heute in der renommierten Fachzeitschrift “Science” erschienen (DOI: 10.1126/science.1221350).

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Dieter Weiss
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und angewandte Physik
Tel.: 0941 943-3198
Dieter.Weiss@physik.uni-regensburg.de

Alexander Schlaak | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte 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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie