Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker der Saar-Uni wollen neuartige Mikroelektronik entwickeln

23.10.2019

Technische Systeme und Geräte wie Computer, Handys, Flugzeuge und Autos werden alle durch Mikroelektronik gesteuert, die auf der elektrischen Ladung von Teilchen basiert. Diese elektronischen Komponenten sind allerdings empfindlich, da für den Fluss der geladenen Elektronen eine komplexe Schaltung nötig ist. Stark vereinfachen könnte man dies in vielen Fällen, wenn man stattdessen eine andere Eigenschaft von Elektronen nutzen könnte: den Elektronenspin. Dieser Eigendrehimpuls eines Elektrons ist eine unveränderliche Größe, so dass er ebenso verlässlich als Informationsspeicher dienen könnte.

Wissenschaftler um Professor Uwe Hartmann von der Universität des Saarlandes möchten kostengünstige Mikroelektronik entwickeln, die auf diesem Grundprinzip basiert. Das Bundesforschungsministerium fördert seine Arbeitsgruppe und die Projektpartner aus ganz Deutschland nun mit rund 1,6 Millionen Euro.


Öffnet man heute ein beliebiges technisches Produkt, sei es ein Handy, ein Computer oder auch ein Flugzeug, sieht eines oft ähnlich aus: Die Elektronik unter den Hüllen und Verkleidungen.

Grüne Platinen, auf denen Schaltungen miteinander verbunden sind, über die positiv oder negativ geladene Teilchen hin- und herflitzen und so Informationen von A nach B transportieren.

Diese Teilchen setzen die Befehle der Nutzer in Taten um, also etwa „Anruf bei Mutti“ oder „Sinkflug einleiten“. Dieses elektronische Grundprinzip ist allen technischen Geräten heute zu eigen. Alle funktionieren sie nach dem Prinzip, dass Strom von A nach B fließt.

Zwar ist es mittlerweile möglich, diese Eigenschaft viele Jahre oder gar Jahrzehnte aufrecht zu erhalten. Aber nach einer gewissen Zeit schwächt sich der Elektronenfluss ab. Auf einem lange nicht genutzten USB-Stick äußert sich dies dann zum Beispiel, indem Informationen verloren gehen.

Anders verhalten sich Bauteile, die mit dem Prinzip des Elektronenspins arbeiten, den man sich als eine Art feststehenden Drehimpuls eines Elektrons vorstellen kann. Ähnlich wie ein angeschnittener Tischtennisball oder wie die Drehung der Erde rotiert das Elektron, allerdings ohne dass der Drehimpuls schwächer wird wie bei den genannten Beispielen.

„Der Spin kann über sehr lange Zeiträume erhalten bleiben“, erklärt Uwe Hartmann, Experimentalphysiker und Professor für Nanostrukturforschung und Nanotechnologie an der Universität des Saarlandes. Außerdem ist er deutlich unempfindlicher gegen äußere Einflüsse.

„Ein Flugzeug beispielsweise, das in zehn Kilometern Höhe fliegt, muss gegen die starke ionisierende Strahlung in dieser Höhe abgeschirmt werden, damit seine Elektronik nicht ausfällt“, erklärt der Physiker.

Wäre statt der Elektronik hingegen so genannte Spintronik verbaut, wäre dies nicht nötig, da der Elektronenspin von der Strahlung in dieser Höhe nicht beeinflusst wird.

Um die Grundlagen solcher spintronischer Bauelemente weiter zu verstehen und einen Sensor-Prototypen zu entwickeln, haben sich daher nun die Arbeitsgruppen mehrerer deutscher Hochschulen und Industrieunternehmen zusammengeschlossen.

Im Programm „Forschung für neue Mikroelektronik (ForMikro)“ des Bundesforschungsministeriums wird das Konsortium, das von Uwe Hartmann koordiniert wird, seit Oktober 2019 mit rund 1,6 Millionen Euro gefördert, von denen 740.000 Euro an die Universität des Saarlandes fließen.

Zwar gibt es bereits spintronische Bauteile, zum Beispiel hochempfindliche Sensoren. Diese kosten allerdings aktuell deutlich über 100 Dollar pro Stück und sind somit für einen massenhaften Gebrauch nicht geeignet. Der Grund ist eine komplizierte Mikrowellen-Elektronik, die zum Betrieb der Sensoren benötigt wird.

„Wir wollen nun erstmals einen integrierten Schaltkreis aus verschiedenen Elementen bauen, der gar keine komplizierte Schalt-Elektronik mehr braucht. Unser Ziel ist ein Prototyp, der nur noch eine kleine Batterie benötigt, um zu funktionieren“, erläutert Uwe Hartmann das Ziel des Forschungsverbundes, der bis September 2023 gefördert wird.

Später könnten sich solche spintronischen Bauteile für den großflächigen Gebrauch in Alltagstechnik eignen, zum Beispiel als kostengünstige Sensoren in Handys, als Mess-Sensoren für wissenschaftliche oder medizinisch-diagnostische Anwendungen.

Auch für Zukunftstechnologien könnten die spintronischen Bauteile hilfreich sein. Bei allen bekannten theoretischen Konzepten und Laborerfahrungen: „Irgendjemand muss die Elektronik der Zukunft ja auch mal in Form von Massenprodukten bauen“, stellt Uwe Hartmann pragmatisch fest. Und derzeit hätten zwar die Asiaten und die Amerikaner in der Halbleitertechnologie einen großen Vorsprung, da Europa hier den Anschluss verpasst habe. Mit Fortschritten in der Spintronik hingegen könnte sich das Blatt auch wieder wenden. „Dann werden die Karten neu gemischt“, prognostiziert Hartmann.

Das Projekt „Erforschung neuartiger Magnetsensoren auf Basis spintronischer Effekte“ wird im Rahmen des BMBF-Programms „Forschung für neue Mikroelektronik (ForMikro)“ für vier Jahre mit 1,6 Millionen Euro gefördert. Neben der Universität des Saarlandes sind außerdem beteiligt: Universität Halle-Wittenberg, Universität Bielefeld, Sensitec GmbH, Singulus Technologies AG, SENSYS GmbH.

Kontakt:
Prof. Dr. Uwe Hartmann
Tel.: (0681) 302-3799 oder -3798
E-Mail: u.hartmann@mx.uni-saarland.de

Gerhild Sieber | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Magnetisches Tuning auf der Nanoskala
11.11.2019 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Die Selbstorganisation weicher Materie im Detail verstehen
11.11.2019 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: A new quantum data classification protocol brings us nearer to a future 'quantum internet'

The algorithm represents a first step in the automated learning of quantum information networks

Quantum-based communication and computation technologies promise unprecedented applications, such as unconditionally secure communications, ultra-precise...

Im Focus: REANIMA - für ein neues Paradigma der Herzregeneration

Endogene Mechanismen der Geweberegeneration sind ein innovativer Forschungsansatz, um Herzmuskelschäden zu begegnen. Ihnen widmet sich das internationale REANIMA-Projekt, an dem zwölf europäische Forschungszentren beteiligt sind. Das am CNIC (Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares) in Madrid koordinierte Projekt startet im Januar 2020 und wird von der Europäischen Kommission mit 8 Millionen Euro über fünf Jahre gefördert.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachen weltweit die meisten Todesfälle. Herzinsuffizienz ist geradezu eine Epidemie, die neben der persönlichen Belastung mit...

Im Focus: Göttinger Chemiker weisen kleinstmögliche Eiskristalle nach

Temperaturabhängig gefriert Wasser zu Eis und umgekehrt. Dieser Vorgang, in der Wissenschaft als Phasenübergang bezeichnet, ist im Alltag gut bekannt. Um aber ein stabiles Gitter für Eiskristalle zu erreichen, ist eine Mindestanzahl an Molekülen nötig, ansonsten ist das Konstrukt instabil. Bisher konnte dieser Wert nur grob geschätzt werden. Einem deutsch-amerikanischen Forschungsteam unter Leitung des Chemikers Prof. Dr. Thomas Zeuch vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Göttingen ist es nun gelungen, die Größe kleinstmöglicher Eiskristalle genau zu bestimmen. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Science erschienen.

Knapp 100 Wassermoleküle sind nötig, um einen Eiskristall in seiner kleinstmöglichen Ausprägung zu formen. Nachweisen konnten die Wissenschaftler zudem, dass...

Im Focus: Verzerrte Atome

Mit zwei Experimenten am Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg gelang es einer Forschergruppe unter Führung von Physikern des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, starke nichtlineare Wechselwirkungen ultrakurzer extrem-ultravioletter (XUV) Laserpulse mit Atomen und Ionen hervorzurufen. Die heftige Anregung des Elektronenpaars in einem Heliumatom konkurriert so stark mit dem ultraschnellen Zerfall des angeregten Zustands, dass vorübergehend sogar Besetzungsinversion auftreten kann. Verschiebungen der Energie elektronischer Übergänge in zweifach geladenen Neonionen beobachteten die Wissenschaftler mittels transienter Absorptionsspektroskopie (XUV-XUV Pump-Probe).

Ein internationales Team unter Leitung von Physikern des MPIK veröffentlicht seine Ergebnisse zur stark getriebenen Zwei-Elektronen-Anregung in Helium durch...

Im Focus: Distorted Atoms

In two experiments performed at the free-electron laser FLASH in Hamburg a cooperation led by physicists from the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear physics (MPIK) demonstrated strongly-driven nonlinear interaction of ultrashort extreme-ultraviolet (XUV) laser pulses with atoms and ions. The powerful excitation of an electron pair in helium was found to compete with the ultrafast decay, which temporarily may even lead to population inversion. Resonant transitions in doubly charged neon ions were shifted in energy, and observed by XUV-XUV pump-probe transient absorption spectroscopy.

An international team led by physicists from the MPIK reports on new results for efficient two-electron excitations in helium driven by strong and ultrashort...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Mediation – Konflikte konstruktiv lösen

12.11.2019 | Veranstaltungen

Hochleistungsmaterialien mit neuen Eigenschaften im Fokus von Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft

11.11.2019 | Veranstaltungen

Weniger Lärm in Innenstädten durch neue Gebäudekonzepte

08.11.2019 | Veranstaltungen

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

Blutzuckersensoren – moderne Wachhunde

12.11.2019 | Informationstechnologie

Destabilisierung macht Holz stabiler - Das Holz-Paradoxon

12.11.2019 | Materialwissenschaften

Mediation – Konflikte konstruktiv lösen

12.11.2019 | Veranstaltungsnachrichten

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