Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Schaltung für atomare Bits: Das magnetische Moment lässt sich mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops manipulieren

05.11.2009
Feiner geht es nicht: Valeri Stepanyuk vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle und seine Kollegen können die Magnetisierung einzelner Atome manipulieren.

Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops schalten sie einzelne Atome von "Spin up" auf "Spin down" um - einfach indem sie den Abstand der Spitze zum Atom ändern. Das magnetische Moment des Spins wirkt wie ein winziger Stabmagnet. Je nachdem, in welche Richtung sein Nordpol weist, kann der Stabmagnet und somit das Atom die "0" oder "1" eines Bits speichern. Heutige Computer, deren Bits Zehntausende von Atomen groß sind, können so wesentlich weiterentwickelt werden. (Physical Review Letters 103, 057202 (2009))


Eine Frage des Abstands: Wenn sich die Spitze eines Rastertunnelmikroskops (RTM) weiter entfernt von einem Atom befindet, richtet sich das magnetische Moment in dem Atom parallel zu demjenigen in der RTM-Spitze aus (links). Bei kürzerem Abstand orientiert es sich entgegengesetzt (rechts). MPI für Mikrostrukturphysik

Kleiner, schneller, mit geringerem Energieverbrauch: Wenn zur Informationsverarbeitung, zum Beispiel auf Computer-Festplatten, nicht die elektrische Ladung sondern der Drehimpuls ("Spin") der Elektronen genutzt wird, sind die Vorteile vielversprechend. Die Arbeit von Valeri Stepanyuk vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle und seinen Kollegen aus Deutschland, Irland und Frankreich könnten jetzt dazu beitragen, die sogenannte Spintronik erheblich voranzubringen.

Die Wissenschaftler untersuchten ein System aus einzelnen magnetischen Metallatomen, die an einer Kupferoberfläche adsorbiert waren ("Adatome"), und denen sie sich mit der ebenfalls magnetischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops (RTM) näherten. Sie benutzten etablierte Rechenverfahren und führten sogenannte ab-initio-Berechnungen aus, also Simulationen, die an keine Messwerte angepasst wurden, sondern in denen sie lediglich Naturkonstanten verwendeten. Auf diese Weise haben sie gezeigt, dass sie durch einfaches Verändern des Abstandes zwischen den Adatomen und der RTM-Spitze einzelne Elektronenspins beeinflussen können.

Entscheidend ist dabei die sogenannte Austauschwechselwirkung. Sie ist ein rein quantenmechanischer Effekt, der beschreibt, wie sich die Spins von RTM-Spitze und Adatom gegenseitig beeinflussen. Wie stark die Austauschwechselwirkung ist und wie sie sich im Detail auswirkt, hängt dabei vom Abstand zwischen RTM-Spitze und Adatom ab. Kommen sich beide sehr nahe, so bewirkt die Austauschwechselwirkung, dass sich die Spins der Adatome entgegengesetzt zum magnetischen Moment der RTM-Spitze ausrichten - in etwa so wie sich zwei Stabmagnete auch nur mit ihren entgegengesetzten Polen, also Nord- und Südpol, nahe zueinander bringen lassen. Ist der Abstand zwischen RTM-Spitze und Adatom hingegen etwas größer, so ist die Austauschwechselwirkung verantwortlich dafür, dass die Adatome dem Herdentrieb folgen: Ihre Spins stellen sich dann parallel zum magnetischen Moment der RTM-Spitze ein.

Der genaue Abstand, bei dem die Austauschwechselwirkung zwischen dem Spin eines Adatoms und der RTM-Spitze von der entgegengesetzten in die parallele Orientierung umschlägt, hängt davon ab, welches Material für die RTM-Spitze und für die Adatome gewählt wird. Die Wissenschaftler haben für die vorliegenden Simulationen eine RTM-Spitze aus Chrom gewählt; bei den Adatomen handelte es sich wahlweise um Chrom, Mangan, Eisen und Kobalt. Die Berechnungen sind allerdings ohne Probleme an andere Materialsysteme anzupassen. Ebenso nahe liegend ist die experimentelle Realisierung, für die bereits eine Kooperation mit Experimentalphysikern geplant ist.

Originalveröffentlichung:

Kun Tao, V.S. Stepanyuk*, W. Hergert, I. Rungger, S. Sanvito, and P. Bruno
Switching a single spin on metal surfaces
Physical Review Letters 103, 057202 (2009)
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Valeri Stepanyuk
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle
Tel.: +49 345 5582-645
E-Mail: stepanyu@mpi-halle.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpi-halle.de
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie 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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise