Neuartige Elektronenspin-Wechselwirkung und Spintronik
Die Vielteilchenphysik liefert die Grundlage für unser Verständnis und die Darlegung der Eigenschaften von vielen miteinander wechselwirkenden Teilchen, die sich oftmals unterscheiden und komplexer sind als die Eigenschaften der einzelnen Teilchen – mit anderen Worten, das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Zu den untersuchten Teilchen gehörte auch das Elektron. Die herkömmliche Elektronik basiert auf der Theorie, dass Strom durch die Bewegung einer Ladung (geladene Elektronen) fließt – wobei der Elektronenspin vollkommen außer Acht gelassen wird. In herkömmlichen Stromkreisen sind diese Spins zufallsbedingt. Die Fähigkeit, Spins zu steuern, beispielsweise das Ausrichten oder Polarisieren von Spins, folglich Vielteilchen-Wechselwirkungen, bietet hervorragendes Potential für die Entwicklung neuer Geräte. Als Spin-Bahn-Kopplung bezeichnet man das Verhältnis zwischen Spinzustand und Bahndrehimpuls eines Elektrons (der Drehimpuls, der mit seiner Umdrehung um den Atomkern verbunden ist). Dieses Phänomen bildet den Ausgangspunkt für die Spintronik, welche auch als Spinelektronik oder Magnetoelektronik bezeichnet wird und die theoretischen Grundlagen für die Entwicklung von Quantengeräten liefert. Europäische Forscher, die durch Fördermittel aus dem Projekt "Spin and many-body interaction phenomena in semiconductor nanostructures" (Spinmanybodyseminano) unterstützt wurden, strebten die Untersuchung und Lösung zahlreicher Probleme an, die mit der Spin-Bahn-Kopplung in Verbindung stehen und aus der kombinierten Wirkung zweier Arten resultieren, dem Rashba-Effekt und dem Dresselhaus-Effekt. Dies wurde in einem zweidimensionalen Elektronensystem durchgeführt. Wissenschaftler leiteten eine exakte Formel für eine spezielle Polarisationsfunktion her, die Besonderheiten (Stellen, die unregelmäßige Eigenschaften aufweisen) aufzeigen, welche zu Friedel-Oszillationen führen, merkwürdige konzentrische Wellen bei der positiven und negativen Ladungsverteilung bei einer gleichbleibenden Ladung. Zusätzlich präsentierten sie eine präzise Lösung für das Problem der Spin-Randzustände und zeigten neue Methoden, die durch ein elektrisches oder magnetisches Feld einstellbar sind und boten so ein effizientes Werkzeug zur Steuerung der Spinbewegung in spintronischen Geräten. Die Forscher prognostizierten außerdem eine neue Art der Spin-Bahn-Kopplung in Doppelschicht-Halbleitern, den Spin-Hall-Effekt, der mit der Spin-Akkumulation auf der einen Schicht verbunden ist, die durch einen Stromfluss auf der anderen Schicht induziert wird. Durch fortgeführte Projektbemühungen werden weitere neuartige Phänomene in Verbindung mit der Spin-Bahn-Kopplung mit Sicherheit aufgeklärt, was auf innovative spintronische Geräte unmittelbar anwendbar sein wird.
