Elektrische Steuerung des Magnetismus bei neuen Bauelementen
Konventionelle Elektronik basiert auf der Ladung von Elektronen. Spintronik, auch als Magnetoelektronik bekannt, nutzt die als Spin bekannte Quanteneigenschaft der Elektronen und den daraus resultierenden Magnetismus aus. Jeder Elektronenspin kann ähnlich wie Bits, die eins oder null sein können, in eine von zwei Richtungen gerichtet sein - entweder nach oben oder nach unten. In der Spintronik nutzt man dies zur Speicherung von Informationen und für logische Verknüpfungen. Derartige Bauelemente stehen an der Spitze der neuen Technologien für noch mehr Speicher, höhere Geschwindigkeiten, geringeren Stromverbrauch und mehr. Die Forscher riefen das EU-finanzierte Projekt Namaste ("Nanostructured magnetic materials for nanospintronics") ins Leben, um im Nanobereich angesiedelte Eigenschaften magnetischer Materialien zu steuern und zu manipulieren und somit den Weg zur Entwicklung neuartiger Magnetoelektronik- und Spintronikbauelemente zu ebnen. Man erzielte auf zahlreichen Gebieten bedeutende Durchbrüche. Es kam zu vielen Publikationen in hochrangigen Zeitschriften wie etwa Nature. Das Projekt konzentrierte sich auf piezoelektrische Effekte (die Erzeugung von Strom in Materialien, die mechanischer Belastung ausgesetzt sind) und die Dehnungsregelung. Man setzte lokale Dehnungsmesstechnik ein, um die vollständige Steuerung lokaler Anisotropien in ferromagnetischen Nanostrukturen zu demonstrieren. Wissenschaftler führten die Anwendung der piezoelektrischen Dehnung zur Steuerung der Magnetisierungsrichtung und der Domänenwanddynamik in ferromagnetischen Halbleiterbauelementen vor. Die piezoelektrische Dehnung kam gleichermaßen zum Einsatz, um das Koerzitivfeld in Stapeln aus ferromagnetischen Metall und piezoelektrischem Material zu steuern, und ein allererstes Mal das spannungsinduzierte nichtflüchtige Schalten der Magnetisierung in einem Metall in einem magnetischen Nullfeld bei Raumtemperatur zu demonstrieren. In der Namaste-Forschung gab es noch weitere Premieren auf dem Gebiet der Spintronik zu feiern. Die Forscher entdeckten einen neuen physikalischen Effekt, die sogenannte strominduzierte ferromagnetische Resonanz, und nutzten sie aus, um die magnetischen Anisotropiekonstanten einzelner magnetischer Nanostrukturen zu messen. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler klärten die Natur des anisotropen Coulomb-Blockade-Magnetowiderstandseffekts und lieferten die ersten Messungen der chemischen Potentialanisotropien eines ferromagnetischen Materials. Und es waren Namaste-Wissenschaftler, die erstmals den anisotropen Duchtunnelungs-Magnetowiderstandseffekt bei Raumtemperatur und seine Anwendung in antiferromagnetischen Bauelementen demonstrieren. In der Spintronik steckt das Potenzial, in sämtlichen wichtigen Komponenten der Informationsverarbeitung, darunter Speicher, Prozessoren und Optoelektronik, zum Einsatz zu kommen. Durch die im Rahmen von Namaste erzielten bedeutenden Fortschritte in der technischen Umsetzung und Manipulation des Magnetismus über theoretische Ansätze und die Entwicklung neuartiger Materialien und Eigenschaften im atomare Bereich konnten die Grenzen für eine neue Generation von Hightech-Bauelementen verschoben werden.
