Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zukünftig auf demselben Chip: Daten speichern und verarbeiten

13.12.2010
In der Fachzeitschrift «Nature Materials» berichten Forscher von Queen Mary (ein College der University of London), der Universität Freiburg (Schweiz) und des Paul Scherrer Instituts (PSI), wie es ihnen gelungen ist, magnetisch polarisierte Elektronen mit elektrischen Feldern zu beeinflussen.

Diese wichtige Entdeckung könnte es ermöglichen, die Eigenschaften von Elektronen in einem Computerchip gleichzeitig für Verarbeitung und Speicherung von Daten zu nutzen. Die bisherige räumliche Trennung von Speicher- und Rechenchip würde entfallen. In Zukunft könnte dies die Entwicklung erheblich sparsamerer und leichterer elektronischer Geräte aller Art ermöglichen.

Die sogenannte «Spintronik» (aus den Worten Spin und Elektronik) gehört zum Forschungsgebiet der Nanoelektronik und hat sich rasch zu einer global verwendeten Technik für Computerfestplatten entwickelt. Elektronische Bauteile, die abwechselnd aus dünnen magnetischen und unmagnetischen Schichten bestehen, nutzen die magnetischen Eigenschaften – den Spin – der Elektronen, um Daten und Informationen, die auf einer Festplatte gespeichert sind, auszulesen.

Grundlage dafür ist der physikalische Effekt «Riesen-Magneto-Widerstand» (oder GMR-Effekt), der die Entwicklung neuer Leseköpfe für kleine Computerfestplatten ermöglicht. Die Speicherkapazität verschiedener Laufwerke konnte mit dem GMR-Effekt in den Gigabite-Bereich gesteigert werden. Die Datenverarbeitung im Computer beruht hingegen darauf, dass die elektrisch geladenen Elektronen in einer winzigen Schaltung fliessen, die in einem Mikrochip geätzt sind.

Energiesparende und leichtere Geräte

«Das Spannende ist, dass wir diese Entdeckung an flexiblen organischen Halbleitern gezeigt haben – Materialien, aus denen Handydisplays, Fernseher und Computermonitore der nächsten Generation bestehen dürften. Unsere Entdeckung könnte bedeuten, dass solche Geräte in Zukunft deutlich energieeffizienter und leichter sein werden», erklärt Forschungsleiter Dr. Alan Drew der Physikfakultät von Queen Mary. Drew und sein Team haben untersucht, wie Schichten von Lithiumfluorid (LiF), das ein inneres elektrisches Feld besitzt, die Spins der Elektronen verändern können, die durch ein solches Dünnschichtsystem fliessen. «Während es einfach ist, sich theoretisch vorzustellen, wie man in einem Bauteil Spin und Ladung der Elektronen kombinieren kann, haben wir als erste gezeigt, dass es möglich ist, Spins gezielt mit Hilfe elektrischer Felder zu kontrollieren», betont der Forscher.

Verfahren steht nur in der Schweiz zur Verfügung

«Mit dem verwendeten spektroskopische Verfahren der Spinrotation mit niederenergetischen Myonen konnte die Spinpolarisation in der Nähe verborgener Grenzflächen in der Dünnschichtanordnung sichtbar gemacht werden», erläutert Professor Christian Bernhard vom Physikdepartment der Universität Freiburg die erfolgreiche Methode. Die Experimente sind am Paul Scherrer Institut, dem einzigen Ort weltweit, an dem dieses Verfahren zur Verfügung steht, durchgeführt worden. Diese Methode nutzt die magnetischen Eigenschaften von Myonen – instabilen Elementarteilchen. «In einem solchen Experiment schiesst man Myonen in das Material hinein. Wenn die Myonen dann zerfallen, tragen die Zerfallsprodukte Information über magnetische Prozesse im Inneren des Materials», erklärt Dr. Andreas Suter vom PSI, wo dieses Verfahren entwickelt worden ist. «Das einzigartige an niederenergetischen Myonen ist, dass man sie gezielt in eine bestimmte Schicht eines Dünnschichtsystems hineinschiessen kann. So kann man mit diesem Verfahren den Magnetismus jeder einzelnen Schicht getrennt untersuchen.»

Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1400 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 300 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Kontakt:
Dr A J Drew, Molecular & Materials Physics, Physics Department, Queen Mary, University of London, London, E1 4NS, Grossbritannien,

Telefon: +44 (0)207 8827891, E-Mail: A.J.Drew@qmul.ac.uk [Englisch]

Prof. Dr. Christian Bernhard, Physik Department, Universität Freiburg, 1700 Fribourg, Schweiz,

Telefon: +41 (0)26 300 9070, E-Mail: christian.bernhard@unifr.ch [Deutsch, Englisch, Französisch]

Dr. Thomas Prokscha, Labor für Myonspin-Spektroskopie, Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Schweiz,

Telefon: +41 (0)56 310 4275, E-Mail: thomas.prokscha@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Prof. Dr. Elvezio Morenzoni, Labor für Myonspin-Spektroskopie, Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI, Schweiz,

Telefon: +41 (0)56 310 3670, E-Mail: elvezio.morenzoni@psi.ch [Deutsch, Italienisch, Französisch, Englisch]

Originalveröffentlichung:
Engineering spin propagation across a hybrid organic/inorganic interface using a polar layer
L. Schulz,L. Nuccio, M. Willis, P. Desai, P. Shakya, T. Kreouzis, V. K. Malik, C. Bernhard, F. L. Pratt, N. A. Morley, A. Suter, G. J. Nieuwenhuys, T. Prokscha, E. Morenzoni, W. P. Gillin & A. J. Drew
Nature Materials, Advance online publication (2010)
DOI: doi:10.1038/nmat2912

Dagmar Baroke | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch
http://www.psi.ch/media/forschen-mit-myonen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala
20.04.2018 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Licht macht Ionen Beine
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics