Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spintronik: Physiker bewegen sich auf neuem Terrain

07.03.2002


Ein dünnes, unmagnetisches Metall (rosa) zwischen zwei ferromagnetischen Metallen (gelb). Von der Spinrichtung (Pfeile) der Ferromagneten hängt es ab, ob der elektrische Widerstand zwischen den Schichten klein (a) oder groß (b) ist.
Grafik: Schott



Elektronen tragen nicht nur eine elektrische Ladung. Sie besitzen auch einen so genannten Spin, der im Prinzip der Drehrichtung des Elektrons entspricht. Für dieses Phänomen interessieren sich Physiker von der Universität Würzburg: Es geht ihnen darum, den Spin zu kontrollieren - denn dies könnte völlig neuartige Bauelemente für die Computer- oder Datenübertragungstechnik hervorbringen.

Elektronische Bausteine - zum Beispiel Transistoren - nutzen die Ladung eines Elektrons, um Informationen zu speichern oder weiterzugeben. In einer neuen Forschungsrichtung namens Spintronik wird abseits der klassischen Physik eine zweite Eigenschaft des Elektrons untersucht, der Spin.

Dessen Beherrschung könnte neuartige Bausteine ermöglichen, da der Spin im Gegensatz zur konstanten Ladung des Elektrons manipulierbar ist. Wie eine rotierende Ladung erzeugt auch der Spin ein magnetisches Moment. Es gibt zwei mögliche Spinzustände, "Spinup" und "Spindown", die in einem magnetischen Feld unterschieden werden können.

1988 wurde erstmals eine rein elektrische Wechselwirkung zwischen Elektronen mit unterschiedlichem Spin beobachtet: Ein dünnes, unmagnetisches Metall wird zwischen zwei ferromagnetischen Metallen eingebettet. In einem Ferromagneten haben die meisten Elektronen eine bevorzugte Spinrichtung, während in einem normalen Metall die beiden Spinrichtungen zu jeweils 50 Prozent vorliegen.

Die Elektronen können nun von dem einen Ferromagneten durch das unmagnetische Metall fließen. Dabei verlieren sie ihren Spinzustand nicht, sofern das Metall dünn genug ist. Treffen sie auf den zweiten Ferromagneten, dann werden die Elektronen, deren Spinzustand dem des zweiten Ferromagneten entgegengesetzt ist, häufig zurückgeworfen. Bei Elektronen mit dem anderen Spin kommt es dagegen seltener zur Streuung.

Dazu die Würzburger Physikerin Gisela Schott: "Das bedeutet, dass der elektrische Widerstand der zweiten Struktur groß ist, wenn die ferromagnetischen Schichten entgegengesetzt magnetisiert sind. Im anderen Fall ist der Widerstand klein. Basierend auf diesem Prinzip werden heute zum Beispiel schon magnetoelektronische Leseköpfe für Festplatten hergestellt."

Gisela Schott arbeitet an einem Forschungsprojekt, das von Prof. Dr. Laurens W. Molenkamp geleitet wird. Die Physiker untersuchen den Transport in Halbleitern, in denen es einen bevorzugten Spinzustand für die Ladungsträger gibt, um spintronische Bauteile zu entwickeln, die mit der bestehenden Halbleitertechnik kompatibel sind.

Bei herkömmlichen integrierten Schaltungen werden in erster Linie die Halbleiter Galliumarsenid (GaAs) und Silizium verwendet, die beide nicht ferromagnetisch sind. Es gibt verschiedene Ansätze, um insbesondere das GaAs ferromagnetisch zu machen: In Würzburg wird dies durch die Beimischung von Mangan mit Hilfe der Molekularstrahl-Epitaxie erreicht. Dabei werden im Ultrahochvakuum einzelne Atomlagen nacheinander auf einen vorbereiteten Kristall aufgebracht.

Wie Gisela Schott sagt, könnte eine Kontrolle des Spins nicht nur neuartige Bausteine für die Mikroelektronik, sondern auch ein bislang nicht realisierbares Verfahren für die Informationsverarbeitung zugänglich machen: den Quantencomputer. Elektronen mit entgegengesetztem Spin können außerdem mit polarisiertem Licht in Wechselwirkung treten, und das ermögliche neue Perspektiven für die Optoelektronik.

Dieses Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und im Rahmen des europäischen Gemeinschaftsprojekts FENIKS von der Europäischen Union unterstützt.

Weitere Informationen: Gisela Schott, T (0931) 888-5799, Fax (0931) 888-5124, E-Mail: 
schott@physik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | idw

Weitere Berichte zu: Ferromagnet Metall Spin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung
19.07.2019 | Universität Basel

nachricht Chemie des kosmologischen Dunklen Zeitalters im Labor untersucht
19.07.2019 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

Die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien ist eine aktuelle Herausforderung in den Nanowissenschaften. Forschende der Universität Basel haben mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden und Spanien gezeigt, dass sich allein durch die Anordnung von Atomen in Nanodrähten atomare Vibrationen steuern lassen, welche die Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Die Wissenschaftler veröffentlichten die Ergebnisse kürzlich im Fachblatt «Nano Letters».

In der Elektronik- und Computerindustrie werden die Komponenten immer kleiner und leistungsfähiger. Problematisch ist dabei die Wärmeentwicklung, die durch...

Im Focus: Better thermal conductivity by adjusting the arrangement of atoms

Adjusting the thermal conductivity of materials is one of the challenges nanoscience is currently facing. Together with colleagues from the Netherlands and Spain, researchers from the University of Basel have shown that the atomic vibrations that determine heat generation in nanowires can be controlled through the arrangement of atoms alone. The scientists will publish the results shortly in the journal Nano Letters.

In the electronics and computer industry, components are becoming ever smaller and more powerful. However, there are problems with the heat generation. It is...

Im Focus: Nanopartikel mit neuartigen elektronischen Eigenschaften

Forscher der FAU haben Konzept zur Steuerung von Nanopartikeln entwickelt

Die optischen und elektronischen Eigenschaften von Aluminiumoxid-Nanopartikeln, die eigentlich elektronisch inert und optisch inaktiv sind, können gesteuert...

Im Focus: First-ever visualizations of electrical gating effects on electronic structure

Scientists have visualised the electronic structure in a microelectronic device for the first time, opening up opportunities for finely-tuned high performance electronic devices.

Physicists from the University of Warwick and the University of Washington have developed a technique to measure the energy and momentum of electrons in...

Im Focus: Neues Verfahren für den Kampf gegen Viren

Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft in Sulzbach und Regensburg arbeiten im Projekt ViroSens gemeinsam mit Industriepartnern an einem neuartigen Analyseverfahren, um die Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffen effizienter und kostengünstiger zu machen. Die Methode kombiniert elektrochemische Sensorik und Biotechnologie und ermöglicht erstmals eine komplett automatisierte Analyse des Infektionszustands von Testzellen.

Die Meisten sehen Impfungen als einen Segen der modernen Medizin, da sie vor gefährlichen Viruserkrankungen schützen. Doch bevor es ein Impfstoff in die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Testzone für die KI-gestützte Produktion

18.07.2019 | Veranstaltungen

„World Brain Day“ zum Thema Migräne: individualisierte Therapie statt Schmerzmittelübergebrauch

18.07.2019 | Veranstaltungen

Kosmos-Konferenz: Navigating the Sustainability Transformation in the 21st Century

17.07.2019 | Veranstaltungen

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

Vielfältiger einsetzbare Materialien

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Regulation des Wurzelwachstums aus der Ferne

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

19.07.2019 | Physik Astronomie

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