Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues vom Spin-Hall-Effekt

17.05.2010
Für die Entwicklung einer neuartigen Elektronik ist der so genannte Spin-Hall-Effekt technologisch sehr wichtig. Physiker von der Uni Würzburg haben ihn jetzt erstmals mit rein elektrischen Messungen nachgewiesen.

Warum der Spin-Hall-Effekt so spannend ist? Weil er in Halbleiter-Bauelementen Magnetisierungen erzeugt, ohne dass hierfür der aufwändige Einsatz externer Magnetfelder oder magnetischer Materialien nötig ist.

Derartige Manipulationen sind eine Grundvoraussetzung für die so genannte Spin-basierte Elektronik. Von dieser bislang nicht realisierten Technologie erhoffen sich Wissenschaftler unter anderem deutlich leistungsstärkere Computer oder Fortschritte bei der Verschlüsselung von Daten.

Publikation in „Nature Physics“

Ihren aktuellen Forschungserfolg beschreiben die Würzburger Physiker in der Top-Zeitschrift „Nature Physics“. Beteiligt an der Publikation sind die Teams der Würzburger Physik-Professoren Hartmut Buhmann, Werner Hanke, Ewelina Hankiewicz und Laurens W. Molenkamp.

Was macht den Spin-Hall-Effekt aus? In einem halbleitenden Bauelement lassen sich die Ladungsträger mit unterschiedlicher Magnetisierung zu den gegenüberliegenden Rändern des Elements lenken, ohne dass hierfür ein äußeres Magnetfeld nötig ist. Die unterschiedliche Magnetisierung rührt hier von einer unterschiedlichen Spin-Ausrichtung elektrischer Ladungsträger her. Sie wird bewirkt von der so genannten Spin-Bahn-Kopplung. Sie ist darauf zurückzuführen, dass ein in einem elektrischen Feld bewegtes Teilchen (Ladungsträger) immer auch ein magnetisches Feld spürt. Als Folge davon baut sich ein magnetisches Feld auf.

Dieser Effekt konnte in Halbleitern bisher nur mit optischen Methoden nachgewiesen werden. Dem Würzburger Forschungsteam aus experimentell und theoretisch arbeitenden Physikern jedoch ist es nun erstmals gelungen, den Effekt mit rein elektrischen Messungen zu zeigen. Das ermöglicht eine Nutzung in integrierten elektronischen Bauelementen.

Umkehrung physikalischer Effekte

Beim Nachweis des Spin-Hall-Effektes machten die Forscher vom Prinzip der Umkehrung physikalischer Effekte Gebrauch: Fließt auf der linken Seite einer H-förmigen Halbleiterstruktur ein elektrischer Strom, dann werden die Ladungsträger mit unterschiedlicher Magnetisierung (Spin) voneinander getrennt und sammeln sich am linken bzw. am rechten Rand der Struktur.

Wegen des Ungleichgewichts in der Spin-Verteilung kommt es am Rand des Querbalkens der H-Struktur zu einem reinen Spin-Strom. Dieser erreicht den rechten Schenkel der H-Struktur und bewirkt nun – als Umkehrung des Spin-Hall-Effekts – eine Trennung der Ladungsträger: Die Elektronen werden in eine Richtung senkrecht zum Spin-Strom gelenkt und können in Form einer Spannung gemessen werden.

H-förmige Halbleiter verwendet

Zu dieser Erkenntnis kamen die Physiker mit H-Strukturen, die circa 200 Nanometer breit und nur wenige Mikrometer lang sind. Als Halbleitermaterial verwendeten sie eine Schichtung aus Quecksilber-Tellurid und Quecksilber-Cadmium-Tellurid. In diesem Materialsystem ist der Spin-Hall-Effekt besonders stark ausgeprägt.

Im gleichen Materialsystem haben die Würzburger Physiker im Jahr 2007 bereits den Quanten-Spin-Hall-Effekt nachgewiesen. Dieser tritt nur dann auf, wenn im Material keine freien Ladungsträger vorhanden sind. Der Spin-Hall-Effekt wird dagegen bei elektrisch leitendem Material sichtbar.

Nachweis des Quanten-Spin-Hall-Effektes (Pressemitteilung von 2007): http://www.uni-wuerzburg.de/sonstiges/meldungen/single/artikel/physiker-f/

„Evidence for the ballistic intrinsic spin Hall effect in HgTe nanostructures”, C. Brüne, A. Roth, E. G. Novik, M. König, H. Buhmann, E. M. Hankiewicz, W. Hanke, J. Sinova & L. W. Molenkamp, Nature Physics, online publiziert am 2. Mai 2010, doi: 10.1038/nphys1655

Kontakt

Physikalisches Institut der Universität Würzburg

Prof. Dr. Hartmut Buhmann, T (0931) 31-85778, hartmut.buhmann@physik.uni-wurzburg.de

Prof. Dr. Laurens W. Molenkamp, T (0931) 31-84925, laurens.molenkamp@physik.uni-wuerzburg.de

Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der Universität Würzburg

Prof. Dr. Ewelina M. Hankiewicz, T (0931) 31-84998, hankiewicz@physik.uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Werner Hanke, T (0931) 31-85714, hanke@physik.uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Beim Phasenübergang benutzen die Elektronen den Zebrastreifen
17.12.2018 | Universität Stuttgart

nachricht Wenn sich Atome zu nahe kommen
17.12.2018 | Universität Regensburg

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: Wenn sich Atome zu nahe kommen

„Dass ich erkenne, was die Welt im Innersten zusammenhält“ - dieses Faust’sche Streben ist durch die Rasterkraftmikroskopie möglich geworden. Bei dieser Mikroskopiemethode wird eine Oberfläche durch mechanisches Abtasten abgebildet. Der Abtastsensor besteht aus einem Federbalken mit einer atomar scharfen Spitze. Der Federbalken wird in eine Schwingung mit konstanter Amplitude versetzt und Frequenzänderungen der Schwingung erlauben es, kleinste Kräfte im Piko-Newtonbereich zu messen. Ein Newton beträgt zum Beispiel die Gewichtskraft einer Tafel Schokolade, und ein Piko-Newton ist ein Millionstel eines Millionstels eines Newtons.

Da die Kräfte nicht direkt gemessen werden können, sondern durch die sogenannte Kraftspektroskopie über den Umweg einer Frequenzverschiebung bestimmt werden,...

Im Focus: Datenspeicherung mit einzelnen Molekülen

Forschende der Universität Basel berichten von einer neuen Methode, bei der sich der Aggregatzustand weniger Atome oder Moleküle innerhalb eines Netzwerks gezielt steuern lässt. Sie basiert auf der spontanen Selbstorganisation von Molekülen zu ausgedehnten Netzwerken mit Poren von etwa einem Nanometer Grösse. Im Wissenschaftsmagazin «small» berichten die Physikerinnen und Physiker von den Untersuchungen, die für die Entwicklung neuer Speichermedien von besonderer Bedeutung sein können.

Weltweit laufen Bestrebungen, Datenspeicher immer weiter zu verkleinern, um so auf kleinstem Raum eine möglichst hohe Speicherkapazität zu erreichen. Bei fast...

Im Focus: Data storage using individual molecules

Researchers from the University of Basel have reported a new method that allows the physical state of just a few atoms or molecules within a network to be controlled. It is based on the spontaneous self-organization of molecules into extensive networks with pores about one nanometer in size. In the journal ‘small’, the physicists reported on their investigations, which could be of particular importance for the development of new storage devices.

Around the world, researchers are attempting to shrink data storage devices to achieve as large a storage capacity in as small a space as possible. In almost...

Im Focus: Data use draining your battery? Tiny device to speed up memory while also saving power

The more objects we make "smart," from watches to entire buildings, the greater the need for these devices to store and retrieve massive amounts of data quickly without consuming too much power.

Millions of new memory cells could be part of a computer chip and provide that speed and energy savings, thanks to the discovery of a previously unobserved...

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

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

Kommunikation zwischen neuronalen Netzwerken

17.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

Beim Phasenübergang benutzen die Elektronen den Zebrastreifen

17.12.2018 | Physik Astronomie

Pharmazeuten erzielen Durchbruch bei Suche nach magensaftbeständigen Zusätzen für Medikamente

17.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

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