Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Elektronen die Kurve kriegen - Physiker entwickeln neuartigen Spin-Transistor

20.07.2012
Die Nachfrage nach Technologien, die immer schnellere Rechenprozesse ermöglichen oder die Speicherung immer größerer Datenmengen erlauben, ist riesig.

Jedoch gerät die konventionelle Elektronik allmählich an ihre Grenzen: Schnellere Transistoren führen zu extrem hohem Energieverbrauch und enormer Hitzeproduktion. Forscher auf der ganzen Welt sind deshalb auf der Suche nach neuen Methoden, die die Elektronik revolutionieren könnten.

Große Hoffnungen ruhen auf der Spinelektronik – der Nutzung der Spineigenschaften von Elektronen. Um diese aber für die Datenverarbeitung oder Datensicherung zu nutzen, muss man den Spin gezielt kontrollieren oder manipulieren können.

Einem Forscherteam der Universität Regensburg um Prof. Dr. Dieter Weiss vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik und Prof. Dr. Klaus Richter vom Institut für Theoretische Physik ist nun, zusammen mit Kollegen der Polnischen Akademie der Wissenschaft in Warschau, ein wichtiger Schritt gelungen. Sie haben ein neuartiges Spin-Transistorprinzip entwickelt, das es erlaubt, die Spin-Polarisation des elektrischen Stroms „an“ und „aus“ zu schalten.
In konventionellen Transistoren wird der Stromfluss durch ein elektrisches Feld gesteuert bzw. an- oder abgeschaltet. Dem gegenüber steuerten die Regensburger Forscher in ihrem transistorähnlichen Bauelement – bestehend aus einer Halbleiter-Schichtstruktur mit aufgeprägten ferromagnetischen Streifen – den Stromfluss dadurch, dass sie die Spineigenschaften der Elektronen manipulierten. Der Elektronenspin kann gewissermaßen als Pirouette des Elementarteilchens um die eigene Achse verstanden werden, welches mit einem magnetischen Moment verknüpft ist. Damit weist das Elektron magnetische Eigenschaften ähnlich einer winzigen Kompassnadel auf. Allerdings orientiert sich diese quantenmechanische Version einer Kompassnadel entweder parallel (spin-up) oder anti-parallel (spin-down) zu einem extern angelegten Magnetfeld.

Die Regensburger Physiker können mit ihrem neuen Verfahren nicht nur den elektrischen Stromfluss in ihrem transistorähnlichen Bauelement steuern, sondern auch die Spin-Polarisation des Elektronenflusses – also das Verhältnis zwischen „spin-up-Elektronen“ und „spin-down-Elektronen“ – kontrollieren und verändern. Dafür nutzten die Wissenschaftler ein extern angelegtes Magnetfeld. Im „An-Modus“ bewegen sich die Elektronen ungehindert in der Struktur, während ihre Spinausrichtung einem sich räumlich verändernden magnetischen Streufeld folgt, das von den ferromagnetischen Streifen ausgeht. Im „Aus-Modus“ wird das Magnetfeld so eingestellt, dass die Spins nicht mehr dem rotierenden Streufeld folgen können und auf eine energetisch verbotene Bahn mit entgegen gesetztem Spin „ausweichen“ müssen – der Strom wird reduziert.

Der zugrundeliegende quantenmechanische Effekt lässt sich am Beispiel eines Autos verdeutlichen, das sich um eine scharfe Kurve herum bewegt. Sofern der Wagen langsam genug fährt, bleibt er auf der Straße und kann so die Kurve nehmen („An-Modus“). Wenn der Wagen zu schnell ist, dreht er sich und kann die Fahrt auf der Straße nicht fortsetzen („Aus-Modus“).
Die Untersuchungen der Regensburger Forscher sind heute in der renommierten Fachzeitschrift “Science” erschienen (DOI: 10.1126/science.1221350).

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Dieter Weiss
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und angewandte Physik
Tel.: 0941 943-3198
Dieter.Weiss@physik.uni-regensburg.de

Alexander Schlaak | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Materiezustände durch Licht verändern
12.10.2018 | Universität Hamburg

nachricht Neuartiger topologischer Isolator
12.10.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Im Focus: Neuartiger topologischer Isolator

Erstmals haben Physiker einen topologischen Isolator gebaut, in dem nicht Elektronen oder Licht fließen, sondern Teilchen aus Licht und Materie. Ihre Neuerung präsentieren sie in „Nature“.

Topologische Isolatoren sind Materialien mit sehr speziellen Eigenschaften. Sie leiten elektrischen Strom oder Lichtteilchen nur an ihrer Oberfläche oder an...

Im Focus: Vorhang auf für das erste Teleskop des CTA-Observatoriums

Am 10. Oktober 2018 wurde das LST-1 (Large-Sized-Teleskop) auf der Kanareninsel La Palma eingeweiht. Es ist das erste von insgesamt über 100 geplanten Teleskopen im Cherenkov Telescope Array (CTA). Die Instrumente sollen Objekte und Ereignisse ins Visier nehmen, die Teilchen höchster Energie ins All schleudern und dabei Gammastrahlen aussenden. Dazu zählen zum Beispiel Supernova-Überreste, Doppelsternsysteme oder Pulsare.

Als Prototyp bildet das LST-1 die Vorhut für drei weitere Teleskope gleicher Bauart am selben Standort; darüber hinaus sind dort 15 mittelgroße Teleskope...

Im Focus: Mikro-Energiesammler für das Internet der Dinge

Fraunhofer-IWS Dresden druckt mit Polymer-Tinte elektronische Schichten

Dünne organische Schichten können Maschinen und Geräten neue Funktionen verleihen. Zum Beispiel ermöglichen sie winzig kleine Energierückgewinner. Die sollen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

PV Days in Halle zeigen neue Chancen für die Photovoltaik

11.10.2018 | Veranstaltungen

Methan als umweltfreundlicher Kraftstoff für LKW, Busse und andere Nutzfahrzeuge

10.10.2018 | Veranstaltungen

Schlaf ist Medizin: Neue Erkenntnisse aus der Schlafforschung

08.10.2018 | Veranstaltungen

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

Jahrestreffen des Weltwirtschaftsforums in China: Phoenix Contact als Leuchtturm für die Zukunft der Produktion vorgestellt

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

thyssenkrupp Steel baut IT-Infrastruktur mit Rittal Edge-Rechenzentren aus

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact verstärkt sich im Bereich der Verbindungstechnik

12.10.2018 | Unternehmensmeldung

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