Spintronik einen wichtigen Schritt nach vorn gebracht

Der Physiker Georg Schmidt von der Uni Würzburg darf sich freuen: Er bekommt in diesem Jahr den renommierten Rudolf-Kaiser-Preis verliehen, der mit 30.000 Euro dotiert ist. Gefeiert wird am Montag, 16. Januar, in der Würzburger Neubaukirche. Die Festansprache hält Bayerns Wissenschaftsminister Thomas Goppel.


Der von der gleichnamigen Stiftung vergebene Rudolf-Kaiser-Preis ist für deutsche Nachwuchswissenschaftler in der Experimentalphysik gedacht. Wer diese Auszeichnung bekommt, hat bereits mehrere sehr gute Arbeiten veröffentlicht, von denen eine hervorragt.

Georg Schmidt war diesbezüglich auf dem Feld der Spintronik erfolgreich, das er seit fast zehn Jahren beackert. Im Mittelpunkt steht dabei nicht die elektrische Ladung der Elektronen, sondern deren Drehrichtung, auch Spin genannt. Anders als die feste Ladung lässt sich der Spin verändern, denn er kann zwei Zustände annehmen. Sollte es gelingen, ihn zu kontrollieren, dann könnte die Computertechnik noch deutlich leistungsfähiger werden.

Der Spin ist bedeutsam, weil die Drehung der Elektronen ein magnetisches Moment ergibt. Bis Ende der 80er-Jahre war der Magnetismus der einzige bekannte Effekt, bei dem der Spin genutzt werden konnte: In einem Magneten drehen sich alle Elektronen in der gleichen Richtung, haben also einen identischen Spin.

Der Magnetismus wird seit langem zur Informationsspeicherung in Tonbändern, Disketten und Festplatten eingesetzt. Bei all diesen Systemen konnten die Informationen zuerst nur mit Induktionsspulen über ein externes Magnetfeld gelesen oder geschrieben werden. Das machte bewegliche Schreib-/Leseköpfe notwendig und beschränkte die Packungsdichte der Bits auf einer Festplatte sehr stark.

Dann wurde in bestimmten metallischen Schichtsystemen der so genannte „Riesenmagneto-Widerstand“ entdeckt. Als Folge davon konnten Magnetisierungsinformationen erstmals ohne den Umweg über eine Spule direkt und rein elektronisch gelesen werden. In weniger als einem Jahrzehnt revolutionierte das die Computer-Technologie und die Kapazitäten der Festplatten vergrößerten sich enorm.

Seitdem wird versucht, Ähnliches auch in Halbleitern zu erreichen. „Ein entscheidender Schritt dabei war es, gewisse magnetische Eigenschaften aus einem Kontakt in einen Halbleiter zu übertragen, was auch als Spin-Injektion bezeichnet wird“, erklärt Schmidt. Jahrelange Versuche mit Kontakten aus herkömmlichen Magneten wie Eisen oder Nickel scheiterten. Der Erfolg stellte sich 1999 ein, als die Würzburger Physiker am Lehrstuhl von Professor Laurens Molenkamp magnetische Halbleiter als Kontakte verwendeten: Ihnen gelang weltweit erstmals die Injektion von Elektronen mit festgelegtem Spin aus einem magnetischen Material in einen nichtmagnetischen Halbleiter.

Georg Schmidt führte dazu auch theoretische Arbeiten durch. Sie zeigten: Entgegen der bis 2000 gültigen Meinung ist eine Realisierung der Spin-Injektion mit herkömmlichen magnetischen Kontakten unmöglich. Denn: „Es ist einfach, die Elektronen mit dem gewünschten Spin in den Halbleiter reinzukriegen. Es ist jedoch schwierig, die unerwünschten Elektronen draußen zu halten. Wenn man für letztere eine Barriere bauen will, darf man dafür kein Metall nehmen.“ Dieser Effekt ist heute weltweit als „Conductance Mismatch“ bekannt.

Derzeit ist der Würzburger Physiker mit seiner rund 20 Mitarbeiter starken Forschungsgruppe auf verschiedenen Gebieten der Spintronik tätig. In internationaler Kooperation betreiben die Wissenschaftler Materialforschung und versuchen, einfache Bauelemente und erste Grundbausteine für Quantencomputer zu realisieren.

Schmidt, 1964 in Köln geboren, studierte ab 1985 Physik an der RWTH Aachen. Dort promovierte er 1996 mit einer Arbeit über Halbleiter-Nanostrukturen und wurde dann Mitarbeiter von Professor Molenkamp, mit dem er 1999 nach Würzburg wechselte. Hier habilitierte er sich 2004 im Fach Experimentalphysik und wurde zum Privatdozenten ernannt.

Bei der Feier in der Neubaukirche bekommt Schmidt den Kaiser-Preis von Kai de Weldige vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft überreicht. In diesem Verband haben sich über 3.000 Unternehmen, Unternehmensverbände und Privatpersonen zusammengeschlossen, um Wissenschaft, Forschung und Bildung voranzubringen.

Die Feier beginnt am Montag, 16. Januar, um 17.15 Uhr. Nach der Begrüßung durch Unipräsident Axel Haase und Prodekan Karl Mannheim hält Bayerns Wissenschaftsminister Thomas Goppel die Festanprache. Die Laudatio übernimmt Laurens Molenkamp. Nach der Preisverleihung hält Georg Schmidt dann den Vortrag „Spintronik, vom Conductance Mismatch zum Spinfilter“.

Die Rudolf-Kaiser-Stiftung, treuhänderisch verwaltet vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, wurde von dem 1986 gestorbenen Wissenschaftler Rudolf Kaiser errichtet. Der Stifter, der 1923 in Nürnberg zur Welt kam, war lange Zeit Richter am Bundespatentgericht. Parallel dazu habilitierte er sich im Bereich Experimentalphysik an der Technischen Uni München und widmete sich der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

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