Von Materialien zu Geräten
Die Integration von magnetischen und nicht-magnetischen Materialien in nanoelektronische Bauelemente ermöglicht die Verwendung des Spins der Elektronen, sowie deren Ladung für den Transport und die Speicherung von Informationen. Dieses neue Paradigma für Speichergeräte entwickelte sich zur Spintronik. Für diese Speichertechnologie der nächsten Generation erforschen EU-finanzierte Wissenschaftler neue Materialien und zugehörige Verbindungen. Das Verbindungselement, auf das sich der erste Teil des Projekts "Tunable, highly spin-polarised materials for spintronics and non-volatile memories" (HIGHSPIN) konzentrierte, war ein von Wissenschaftlern so bezeichnetes nicht-lokales Spinventil (NLSV). Im NLSV fließt Strom von der Stromquelle durch das ferromagnetische und nichtmagnetische Material darunter zur Erde. Der Strom wird mit dem Großteil des magnetischen Moments der Elektronen, ausgerichtet mit der Magnetisierung des ferromagnetischen Materials, spinpolarisiert. Die HIGHSPIN-Wissenschaftler stellten NLSV unter Verwendung einer Vielzahl von Kanalmaterialien her, um dem exponentiellen Abfall der Spinströme zu begegnen. Metalle hatten einen Vorteil aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit, die dabei hilft, die Diskrepanz bei der Leitfähigkeit in Spingeräten zu verringern. Als nächstes konzentrierte sich HIGHSPIN auf einen bestimmten Aspekt von Domänenwänden in ferromagnetischen Nanodrähten - Grenzen zwischen Bereichen eines magnetisierten Materials, die unterschiedliche magnetische Ausrichtungen besitzen. Magnetdomänenwände können nicht nur durch magnetische Felder bewegt werden, sondern auch mit spinpolarisiertem Strom, eine attraktive Alternative für den Entwurf von magnetischen nichtflüchtigen Speichern. Die Wissenschaftler haben gezeigt, dass hochreine 3D-magnetische Nanodrähte mittels fokussierter elektronenstrahl-induzierter Abscheidung hergestellt werden können. Die Nanodrähte können mit einem hohen Aspektverhältnis (bis zu 100) und komplexen Geometrien gezüchtet werden, um die Anforderungen zukünftiger Spintronik-Speichergeräte zu erfüllen. Schließlich kann ihr magnetisches Schaltverhalten direkt mit dem magnetooptischen Kerr-Effekt untersucht werden. Die Manipulation solcher magnetischer Domänenwände öffnet den Weg für eine alternative Technologie, die die Mängel der bestehenden Magnetfestplatten und Solid-State-Lösungen beseitigen könnte. Das HIGHSPIN Projekt hat mit der Demonstration der Magnetisierungsumkehr in den Nanodrähten als Folge der Bildung oder Fortführung von Domänenwänden bereits einen bedeutenden Schritt in diese Richtung gemacht.
Schlüsselbegriffe
Speichertechnologien, Spintronik, spinpolarisierte Materialien, nicht-flüchtige Speicher, nicht-lokales Spinventil
