Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ultraschnelle Kontrolle von Spinströmen durch Laserlicht

12.02.2016

Ein internationales Team mit der Beteiligung Jülicher Wissenschaftler hat einen neuen Effekt entdeckt, mit dem sich Spinströme kontrolliert erzeugen und steuern lassen. Damit haben die Forscher einen weiteren Baustein für sogenannte spintronische Geräte realisiert, die in Computern von übermorgen Datenübertragung in bislang unerreichter Schnelligkeit möglich machen sollen.

Der Elektronen-Spin ist eine quantenmechanische Größe, die eine Art Drehbewegung der Elektronen mit einem entsprechenden Drehimpuls beschreibt. Der Spin kann zwei Orientierungen zu einer vorgegebenen Achse einnehmen – oben oder unten. Sind die Spins nicht in eine zufällige Richtung orientiert, sondern zeigen alle in die gleiche Richtung, fließt zusammen mit dem elektrischen Strom ein Spinstrom, wenn Elektronen in Bewegung sind.


In den zirkular polarisierten Laserpulsen schwingen die Lichtwellen des Lasers mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Achse der Ausbreitungsrichtung. In den zirkular polarisierten Laserpulsen schwingen die Lichtwellen des Lasers mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Achse der Ausbreitungsrichtung. Diese wirken wie ein Magnetfeld auf die Elektronenspins, und richten sie aus - ein Spinstromfluß entsteht.

Copyright: Radboud-Universität Nijmegen

Während elektrische Ströme in alltäglicher Elektronik genutzt werden, bilden Spinströme die Basis für Spintronik. In einem solchen System ermöglichen sie eine schnelle Übertragung, Bearbeitung und Speicherung von Daten.

Durch die Spintronik könnten in Zukunft Quantencomputer Wirklichkeit werden, die die leistungsstärksten Supercomputer von heute bei Weitem übertreffen. Anders als elektrischer Strom kann ein Spinstrom "versiegen", weil sich die Spins mit der Zeit wieder zufällig anordnen. Die kontrollierte Erzeugung und Erhaltung von Spinströmen ist daher essentiell für die spintronische Technik und eröffnet interessante Möglichkeiten für die magnetischer Speichertechnik.

Spinstrompulse in Terahertz-Frequenzen

Zur Erzeugung der Spinströme nutzen die Wissenschaftler die Spin-Bahn-Wechselwirkung – die Interaktion vom Spin der Elektronen und deren Bewegung. Dazu entwickelten sie ein wenige Nanometer dickes Schichtsystem aus magnetischen und nichtmagnetischen Metallen, die jeweils unterschiedlich starke Spin-Bahn-Wechselwirkung aufwiesen. Angeregt durch einen ultrakurzen Laserpuls – 20 Billiardstel Sekunden –, entstehen in dem Schichtsystem Spinstrompulse in extrem schnellen Terahertz-Frequenzen (Tausend Milliarden Vorgänge pro Sekunde).

"Das Besondere an der neuen Studie ist die Art des verwendeten Laserlichts", erläutert Yuriy Mokrousov, Leiter der Forschungsgruppe "Topological Nanoelectronics" am Jülicher Peter Grünberg Institut/Institute for Advanced Simulation. "Wir haben zirkular polarisierte Laserpulse verwendet, bei denen die Lichtwellen des Lasers um die Achse der Ausbreitungsrichtung schwingen – etwa wie beim Gewinde einer Schraube", erklärt Frank Freimuth vom Peter Grünberg Institut. "Diese wirken wie ein Magnetfeld auf die Elektronenspins, und richten sie aus."

Kontrollierte Erzeugung von Spinströmen

Es ist bekannt, dass zirkular polarisiertes Licht in Halbleitern mit einer starken Spin-Bahn-Wechselwirkung einen Stromfluss anregen kann. Jetzt konnten die Forscher zum ersten Mal solche lichtinduzierten Effekte in für spintronische Bauelemente verwendeten Metallen beobachten, und erstmalig auf einer so extrem kurzen Zeitskala.

"Damit ermöglicht das zirkular polarisierte Licht eine kontrollierte Erzeugung von Spinströmen in dem Schichtsystem", erklärt Freimuth. Die Richtung dieses Stroms kann damit allein durch die Drehrichtung der Schwingungen des Laserpulses, die Magnetisierung der Metalle, und die Anordnung der Schichten bestimmt werden. Die kontaktlose, rein optische Steuerung von Spinströmen könnte in Zukunft spintronische Bauteile ermöglichen, die im ultraschnellen Terahertz-Bereich arbeiten.


Originalveröffentlichung:

Femtosecond control of electric currents in metallic ferromagnetic heterostructures, T.J. Huisman et al.; Nature Nanotechnology. Published online 08 February 2016, DOI:10.1038/NNANO.2015.331
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.331.html


Weitere Informationen:

Peter Grünberg Institut, Bereich Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1 / IAS-1)
Nachwuchsgruppe "Topologische Nanotechnologie"
"Ultraschnelle Spinströme unter Kontrolle gebracht" Pressemitteilung April 2013


Ansprechpartner:

Prof. Dr. Yuriy Mokrousov
Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1),
Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-4434
E-Mail: y.mokrousov@fz-juelich.de


Dr. Frank Freimuth
Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-1608
E-Mail: f.freimuth@fz-juelich.de


Pressekontakt:

Dr. Regine Panknin
Unternehmenskommunikation
Tel.: 02461 61-9054
E-Mail: r.panknin@fz-juelich.de

Dr. Regine Panknin | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Physiker entdecken neuen Transportmechanismus von Nanopartikeln durch Zellmembranen
14.12.2018 | Universität des Saarlandes

nachricht Tanz mit dem Feind
12.12.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: 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...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

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

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

14.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal heizt ein in Sachen Umweltschutz - Rittal Lackieranlage sorgt für warme Verwaltungsbüros

14.12.2018 | Unternehmensmeldung

Krankheiten entstehen, wenn das Netzwerk von regulatorischen Autoantikörpern aus der Balance gerät

14.12.2018 | Medizin Gesundheit

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