Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zum Quantencomputer: Physiker haben Effekt entdeckt, der Spinströme verstärkt

04.07.2011
Forscher der Universitäten Münster und Cambridge (England) haben einen neuen, grundlegenden Effekt entdeckt, der eine Verstärkung von Spinströmen möglich macht.

Damit hat das Forscherteam einen wichtigen Baustein für sogenannte spintronische Geräte realisiert, die – so eine Zukunftsvision – durch Spinströme eine Datenübertragung in bislang unerreichbarer Schnelligkeit möglich machen sollen. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Online-Ausgabe des renommierten Fachmagazins "Nature Materials" veröffentlicht.

Der Elektronen-Spin ist eine quantenmechanische Größe, die eine Art Drehbewegung der Elektronen mit einem entsprechenden Drehimpuls beschreibt. Der Spin kann zwei Orientierungen zu einer vorgegebenen Achse einnehmen – oben oder unten. "Man kann sich den Spin eines Elektrons als Pfeil vorstellen. Zeigen die Pfeile nicht zufällig nach oben oder unten, sondern alle in eine Richtung, fließt zusammen mit dem elektrischen Strom ein Spinstrom, wenn Elektronen in Bewegung sind." Das erklärt Prof. Dr. Sergej Demokritov vom Institut für Angewandte Physik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der die Studie geleitet hat.

Elektrische Ströme nutzt man in alltäglicher Elektronik. Spinströme bilden die Basis für Spintronik. In einem spintronischen System ermöglichen die Spinströme eine schnelle Datenübertragung, -bearbeitung und -speicherung. Durch die Spintronik, so die Vision der Wissenschaftler, könnte einst der Quantencomputer Wirklichkeit werden, der die leistungsstärksten Supercomputer von heute bei Weitem übertrifft.

Während elektrischer Strom immer weitergeleitet wird, "versiegt" der Spinstrom jedoch, weil die Pfeile sich mit der Zeit wieder zufällig anordnen. Entsprechend wird Drehimpuls an das Kristallgitter übergeben. "Um dies zu verstehen, stellt man sich am besten zwei miteinander verbundene Wasserbecken vor", erklärt Sergej Demokritov. "Das eine Becken repräsentiert ein Kristallgitter, das aus einzelnen Atomen besteht. Das andere Becken stellt ein magnetisches System innerhalb des Gitters dar, das wir durch ein äußeres Magnetfeld angeregt haben. Aus dem einen Becken fließt das Wasser in das andere Becken, bis der Wasserstand gleich ist. Ähnlich ist es mit dem Spin oder Drehimpuls. Überschüssiger Drehimpuls aus dem magnetischen System wird auf die Atome des Kristallgitters übertragen. Am Ende fließt kein Spinstrom mehr."

Den Physikern ist es nun erstmals gelungen, den Drehimpuls-Fluss umzukehren. Der entdeckte Effekt sorgt dafür, dass das Kristallgitter selbst Drehimpuls an das magnetische System abgibt und dort den Spinstrom verstärkt. "Dadurch ist ein Spinstrom-Transistor realisiert worden. Analog einem herkömmlichen Transistor, der elektrische Signale verstärkt, kann er in spintronischen Geräten eingesetzt werden", sagt Sergej Demokritov.

Literatur: Kurebayashi H. et al.: Controlled enhancement of spin-current emission by three-magnon splitting. Nature Materials (published online 03 July 2011); DOI: 10.1038/nmat3053

Dr. Christina Heimken | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/Physik.AP/Demokritov/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt
17.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen
17.10.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 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: 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...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz