Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spintronik: Physikerteam gelingt Nachweis eines nano-mechanischen Torsionseffektes durch Drehimpulsänderung von Elektronen

11.11.2008
Wissenschaftlern um den Quantenmechaniker Pritiraj Mohanty (Boston University) gelang jetzt erstmals die nanomechanische Messung einer Torsion eines Nanodrahtes, die durch die Umkehrung des Drehimpulses von Spin-polarisierten Elektronen verursacht wurde.

Die Messung bestätigt eine vor über zehn Jahren von den theoretischen Physikern Stefan Kettemann, Jacobs University, und Peter Fulde, MPI für Komplexe Systeme, in den Annalen der Physik publizierten Vorhersage.

Der Effekt, von dem sich Experten unter anderem neue Perspektiven in der Spintronik versprechen, wurde jetzt in einem gemeinsamen Artikel in der aktuellen Ausgabe von Nature Nanotechnology veröffentlicht (doi:10.1038/nnano.2008.311).

Die Spintronik, ein neues noch in der Entwicklung befindliches Forschungsgebiet in der Nanoelektronik, nutzt das magnetische Moment von Elektronen zur Informationsdarstellung und -verarbeitung und nicht nur deren Ladung wie die herkömmliche Halbleiterelektonik. Das magnetische Moment steht in enger Beziehung mit einer Art Eigenrotation der Elektronen, dem quantenmechanischen Spin. Dieser Spin kann nur zwei diskrete Zustände annehmen: er kann "auf" oder "ab" zeigen. In einem magnetischen Metall zeigen alle Spins in die gleiche Richtung, sie sind polarisiert.

Fließt Strom (in Form von Elektronen) von einem unpolarisierten Metall in einen spinpolarisierten Magneten, müssen die Elektronen, deren Spin in die falsche Richtung zeigt, ihren Spin umkehren, was als "Spin-Flip" bezeichnet wird. Aufgrund des physikalischen Gesetzes der Erhaltung des Drehimpulses überträgt sich diese Umkehrung des elektronischen Drehimpulses als mechanische Torsionsenergie auf das Material. Wenn sehr viele Elektronen gleichzeitig ihren Spin umkehren, wird die winzige Drehimpulsänderung verstärkt und als mechanische Verdrillung von sehr dünnen Drähten im Nanomaßstab messbar.

In der experimentellen Messapparatur, die in enger Zusammenarbeit mit den beiden Theoretikern entworfen und im Tieftemperatur-Nanotechnologie-Labor der Boston University aufgebaut wurde, wurde ein Elektronenstrom von einem ferromagnetischen Kobaltdraht in einen nichtmagnetischen Golddraht geschickt. Am Kontaktpunkt der beiden Drähte von 50 Nanometer Durchmesser diente eine nanoelektromechanische Struktur, ein Resonator, bei dem zwei Flügel einander entgegen gerichtete Torsionsschwingungen ausführten, der Verstärkung des durch Elektronen-Spin-Flip erzeugten Torsionseffektes auf messbare Werte von 10-22 NewtonMeter.

"Als wir die Idee einer Spin-Flip-Torsionswaage hatten", erinnert sich Stefan Kettemann, "hielten wir es für einen so winzigen Effekt, der wenig mehr als ein Gedankenexperiment von theoretischen Physikern bleiben würde. Die jetzt geglückte Messung zeigt jedoch, dass man über magnetische Spin-Manipulation von Elektronen sehr winzige mechanische Bewegungen erzeugen kann, die man sich beispielsweise als zukünftige Basis eines winzigen Schalters von wenigen Nanometern Größe für eine sehr schnelle und energieeffiziente Informationstechnologie vorstellen kann", so Kettemann weiter über die Bedeutung des Bostoner Experimentes.

Fragen zu dieser Arbeit beantwortet:
Dr. habil. Stefan Kettemann
Tel.: 0421 200-3150
E-Mail: s.kettemann@jacobs-university.de

Dr. Kristin Beck | idw
Weitere Informationen:
http://www.jacobs-university.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