Spintronik könnte große Energieeinsparungen bringen
Einem Forschungsteam ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der Nanotechnologie gelungen: Sie entdeckten, wie sich magnetische Informationen direkt auf einen Halbleiter übertragen lassen. Das neue Verfahren, das hier zum ersten Mal gelungen ist, basiert auf der Erzeugung und Polarisierung der Spinsteuerung in einem Gerät aus Silizium, das bei Raumtemperatur arbeitet. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift "Nature" veröffentlicht. Im Gegensatz zur herkömmlichen Elektronik, bei der die Ladung der Elektronen genutzt wird, verwendet die Spintronik den Spin der Elektronen und verändert die Spinausrichtung. Die Drehrichtung eines Elektrons wird durch einen Spin dargestellt, der entweder noch oben oder nach unten zeigt. In Magnetwerkstoffen kann die Spinausrichtung der Elektronen zur Informationsspeicherung genutzt werden. Die Herausforderung der Nanotechnologie besteht in der Übertragung dieser Spininformationen auf einen Halbleiter, sodass die gespeicherten Informationen in spin-basierten elektronischen Komponenten verarbeitet werden können. Der Einsatz von Spintronik könnte die Elektronik- und Computerindustrie revolutionieren, indem die Speicherung großer Datenmengen auf viel kleineren Geräten als bisher ermöglicht wird. Die Entwicklung eines Siliziumgeräts, das bei Raumtemperatur funktioniert ist, aus zwei Gründen eine Sensation: Erstens ist Silizium der vorherrschende Werkstoff in der modernen Elektronikproduktion und zweitens ist Forschern bisher nur die Steuerung des Elektronenspins bei niedrigen Temperaturen gelungen, die im Alltag jedoch nicht praktikabel sind. Der Nachweis des Informationsaustauschs zwischen einem Magnetwerkstoff und einem Halbleiter bei Raumtemperatur ist ein positiver Schritt bei der Entwicklung der Spintronik-Technologie. Wenn sich die neue Technologie bewährt, wären enorme Energieeinsparungen möglich, da zur Umkehr des Elektronenspins weniger Energie notwendig ist als die normale elektronische Ladung. Um den Informationsaustausch zu erreichen, fügten die Forscher eine Aluminiumoxidschicht von 1 Nanometer Stärke zwischen den Magnetwerkstoff und den Halbleiter ein. Die Übertragung der Informationen erfolgt dann durch das Anlegen eines elektrischen Stroms an der Oxidzwischenschicht, wodurch eine Magnetisierung im Halbleiter erfolgt. Ganz wichtig ist, dass diese Methode sehr gut mit Silizium funktioniert. Das Team fand heraus, dass sich die Spininformationen bis mehrere Nanometer tief in das Silizium ausbreiten, was für den Betrieb von nanoskaligen Spintronik-Komponenten ausreichend ist. Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Ron Jansen vom MESA+ Institute for Nanotechnology an der Universität Twente und mit Beteiligung der Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM), beide aus den Niederlanden, sind davon überzeugt, dass die neuen Erkenntnisse die zeitnahe Entwicklung der Spintronik-Technologie wahrscheinlicher machen und eventuell auch zur Nutzung von Silizium-Spin-Technologien in der aktuellen Elektroniktechnologie beitragen könnte. Die Finanzmittel für das Projekt kamen von der FOM Foundation und der Netherlands Organisation for Scientific Research.
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