Spintronic: Neuer Ansatz für sehr winzige, stromsparende Schaltkreise

Elektronische Schaltkreise können wahrscheinlich noch sehr viel kleiner und stromsparender gebaut werden, als es bisher angenommen wurde. Aktuell wird hinsichtlich der immer weiter fortschreitenden Verkleinerung von Chip-Strukturen oft über physikalische Grenzen gesprochen - doch könnten diese mit einem neuen Ansatz überwunden werden.
Schema der wechselnden H-Ionen
Forscher von der renommierten Technologie-Universität MIT und vom Brookhaven National Laboratory konnten jetzt demonstrieren, wie sich die magnetischen Eigenschaften in einem Thin-Film-Material unter dem Einfluss einer sehr niedrigen Spannung verändern lassen. Anders als bei derzeitigen Schaltkreisen bleibt die Orientierung dann auch erhalten, wenn keine Energie mehr hinzugefügt wird. Es entsteht also eine weitere Variante für die Familie der Speichertechnologien, die quasi eine Kombination aus RAM und Flash darstellen.

Die grundlegende Technik eignet sich aber hier auch für die Herstellung von Prozessoren und Sensoren - auch diese lassen sich also kleiner und sehr viel stromsparender entwickeln. Die physikalische Grundlage der aktuellen Arbeit ist dabei nicht gänzlich neu: Es geht darum, nicht mehr die Energie von Elektronen als Basis der jeweiligen Information heranzuziehen, sondern die Ausrichtung von Elementarteilchen, den Spin.

Alte Idee praktisch umgesetzt

Die Theorie zu dieser Spintronik - im Gegensatz zur bisherigen Elektronik - wurde schon vor Jahren festgezurrt. Und es gab diverse Forscher-Teams rund um die Welt, die nach praktischen Möglichkeiten zur Umsetzung suchten - bisher allerdings vergeblich. Das nun im Journal Nature Materials vorgestellte Verfahren könnte ein erster Ansatz sein, die Ideen wirklich nutzbar zu machen.

Die Wissenschaftler setzen dabei auf Wasserstoff-Ionen. Diese sind so klein, dass sie problemlos zwischen dem Film-Substrat und einem Silizium-Kristall hin und her wechseln können, ohne dabei etwas an den Strukturen zu verändern. Rund 2000 Zyklen wurden hier schon demonstriert. Je nach angelegter Spannung lagern sich die Ionen dabei in einer zu 0 Grad wechselnden Orientierung in ihren jeweiligen Träger ein, wodurch dann die Bit-Information repräsentiert wird.

Siehe auch: Physikern gelingt wichtiger Schritt zur Spintronik