Eine Spin-basierte Elektronik über Chemie
In konventionellen Rechengeräten werden Ladungen und Spins gesondert genutzt. Ladungen werden einerseits für Berechnungen angewandt. Transistoren werden mithilfe von elektrischen Feldern über die Steuerung der Strömung von Ladungsträgern entlang eines halbleitenden Materials betrieben. Spins andererseits werden für die magnetische Datenspeicherung genutzt. Die Kodierung von Informationen mit dem Spin-Zustand von Elektronen in Kombination mit deren Ladung könnte die Rechengeschwindigkeit in wesentlicher Weise verbessern und den Stromverbrauch senken. Verdünnte ferromagnetische Halbleiter (Diluted Ferromagnetic Semiconductors, DMSs) zählen zu den am besten verstandenen und vielversprechendsten Materialien für solche spintronischen Geräte. Das EU-finanzierte Projekt IFMGEDMS (Investigation of ferromagnetism in Ge-based diluted magnetic semiconductors) war auf Germanium-basierte DMS-Materialien fokussiert. Wissenschaftler synthetisierten Mangan-dotierte Germanium-Dünnfilme, die ferromagnetische Eigenschaften zeigten und eine Spininjektion ermöglichten. Diese DMS-Materialien wurden über Molekularstrahlepitaxie mit Präzision im Atommaßstab an geeigneten Siliziumsubstraten hergestellt. Eine Röntgenphotoelektronenspektroskopie ermöglichte eine detaillierte strukturelle und magnetische Beschreibung Mangan-dotierter Germanium-Filme, die unter verschiedenen Bedingungen synthetisiert worden waren. So konnten die Wissenschaftler die optimalen Herstellungsbedingungen für die Einbindung verdünnten Mangans in höchster Konzentration feststellen. Es wurde zudem festgestellt, dass sich die magnetische Ordnung und Curie-Temperatur über eine sorgfältige Einstellung der Entfernung zwischen Mangan-Atomen in der Germanium-Abstandsschicht regulieren ließen. Die Forschung im Zuge von IFMGEDMS führte zu qualitativ hochwertigen Filmen Mangan-dotierten Germaniums. In dieser neuen Halbleitermaterialart werden Spins gemeinsam mit Ladungen zu einem weiteren Informationsträger, sodass sich bei einer Integration in Silizium-basierte spintronische Geräte zahlreiche Vorteile bieten.
Schlüsselbegriffe
Halbleiter, verdünnte ferromagnetische Halbleiter, Spintronik, IFMGEDMS, Molekularstrahlepitaxie
