Physikern gelingt wichtiger Schritt zur Spintronik

Elektronik, Transistor, bauteil Bildquelle: Paul Downey / Flickr
Physiker der Universität Würzburg konnten erstmals die Spin-Architektur einer ultradünnen Metallschicht auf einem Halbleiter beschreiben. Das soll zukünftig den Weg zu sehr leistungsfähigen Computern bereiten, die auf den Prinzipien der so genannten Spintronik basieren.
Denn wenn sich der Spin, also die Ausrichtung, der Elektronen bei der Datenverarbeitung als Informationsträger nutzen ließe, könnten deutlich schnellere Systeme als heute gebaut werden. "Das kann man sich so vorstellen, als ob jedes Elektron einen winzig kleinen Elementarmagneten trägt, wie eine Kompassnadel", erklärte der Würzburger Physiker Jörg Schäfer.

Um den Spin für die Elektronik nutzen zu können, also um eine Spintronik zu realisieren, müsste es gelingen, die in einem Halbleiterchip fließenden Elektronen nach ihrem Spin-Zustand zu ordnen. Diese Formation müssten die elementaren Magnetnadeln beibehalten, wenn sie als so genannte Spinströme auf die Reise durch das elektronische Bauteil geschickt werden.

Seit längerer Zeit ist bekannt, dass man die Spins durch Magnetfelder beeinflussen kann. Doch für Bauteilanwendungen wäre das vollkommen unpraktikabel. Daher wenden die Festkörperphysiker nun einen Trick an: Auf einen halbleitenden Festkörper wird eine ultradünne Metallschicht aufgedampft, die nur eine Atomlage dick ist. Darin sortieren sich die Elektronen von ganz allein in zwei Gruppen mit entgegengesetzter Magnetnadelorientierung.

Dieser Effekt fällt umso stärker aus, je schwerer die verwendeten Metallatome sind. "Diese automatische Spin-Trennung wollten wir in einem modellhaften Experiment erzeugen und genauer untersuchen", so Professor Ralph Claessen. Als besonders schweres Metall wählten die Würzburger Physiker Gold, das sie hauchfein auf ein Halbleiterplättchen aus Germanium aufdampften.

Die ersten experimentellen Befunde zum Spin-Muster entsprechen sehr genau den Vorhersagen, welche die Würzburger Physik-Theoretiker um Professor Werner Hanke entwickelt haben. "Wir können die Spin-Anordnung im Halbleiter mathematisch modellieren und mit modernsten Rechnern sehr genaue praktische Vorhersagen machen", erläuterte Hanke.

Die Ergebnisse zeigen vor allem deutlich, dass die Trennung der Leitungselektronen nach ihrem Spin gut funktioniert. Damit lassen sie sich separat auf die Reise durch ein Metall schicken. Für die Spintronik ist das neues und wichtiges Grundlagenwissen. Elektronik, Transistor, bauteil Elektronik, Transistor, bauteil Paul Downey / Flickr
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