Eine neue Generation von Transistoren

Ist die Spin-Optronik, die neue aufstrebende Disziplin der Werkstoffwissenschaften, der Schlüssel zum Erfolg zukünftiger Transistor? Wissenschaftlern des Französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS-LASMEA) der Universität Clermont-Ferrand zufolge wäre sie der ideale Kandidat. Durch Simulation der Funktionsweise eines solchen Transistors konnten die Wissenschaftler um Robert Johne beweisen, dass es sich um ein tragfähiges und realisierbares Konzept handelt, und dass es für eine Massenproduktion geeignet sei.

Herkömmliche Mikrochips bestehen aus tausenden einzelnen Transistoren, die aus Halbleitern gefertigt werden. Diese sind in bestimmten, beeinflussbaren Situationen leitend, in anderen nicht, was die Darstellung eines binären Systems ermöglicht. Nun ließen sich die Wissenschaftler von der Spintronik inspirieren, bei der nicht die elektrische Ladung, sondern der Spin der einzelnen Elektronen beeinflusst wird, eine quantenmechanische Eigenschaft, die ansatzweise mit der Eigenrotation in der klassischen Mechanik verglichen werden könnte. Der Spin kann nur zwei Werte annehmen, und ist somit auch für ein binäres System geeignet.

Die Schwierigkeit besteht nun darin, diesen Spin zu stabilisieren und zu messen. Um dieses Problem zu umgehen, haben die Wissenschaftler vorgeschlagen, nicht mit dem Spin von Elektronen selbst zu arbeiten, sondern mit dem Spin von Exziton-Polaritonen. Dabei handelt es sich um Quasiteilchen, die aus der Kopplung eines Photons (ein Lichtteilchen) mit einem Paar aus zwei entgegengesetzten Ladungen (ein Elektron und ein „Loch“) entstehen. Sie konnten beweisen, dass beide Spins vergleichbare Eigenschaften aufweisen, und dass es möglich wäre, Polaritonen-Transistoren (also auf der Spin-Optronik basierende Transistoren) auf die gleiche Weise wie bereits existierende, aber nicht marktfähige spintronische Transistoren zu bauen.

Der Vorteil der Spin-Optronik liegt darin, dass die Polaritonen bei ausreichend niedrigen Temperaturen ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, in dem sie sich in ihrem quantenmechanischen Zustand mit der niedrigsten Energie befinden. Von diesem Kondensat ausgehend entsteht ein magnetisches Feld, das modulierbar ist und den Spin der Polaritonen beeinflusst. So ist es möglich, zwei Zustände zu kontrollieren, und somit einen Transistor herzustellen.

Quelle: „Vers une nouvelle génération de transistors?“, Pour la science – 20.04.2010

http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-vers-une-nouvelle-generation-d…

Redakteur: Sebastian Ritter, sebastian.ritter@diplomatie.gouv.fr

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