Spintronik

ein neues Forschungsfeld in der Physik, das für die Elektronik der Zukunft durchaus wichtig werden könnte. Es verbindet Halbleitertechnologie und Magnetismus. Spintronik ist ein Teilbereich der Magnetoelektronik und gilt als innovatives und schnell wachsendes Arbeitsgebiet der Festkörperforschung innerhalb der Physik.

Die Computerchips (Chip) basieren gegenwärtig immer noch darauf, dass sich in ihnen Elektronen gezielt bewegen. Im Jahr 2001 gelang es neben anderen Wissenschaftlern auch Forschern der Universität Regensburg, eine Stromart zu erzeugen, die nicht die Ladung der Elektronen, sondern ihren Spin (d.h. ihre Eigendrehung) nutzt. Der Spin als quantenmechanische Eigenschaft des Elektrons kann in zwei Richtungen weisen. Im herkömmlichen elektrischen Strom ist das Verhältnis der beiden möglichen Spinrichtungen bei den Elektronen ausgeglichen. Mit Hilfe von zirkular polarisiertem Laserlicht wurde bei Elektronen ein Übergewicht einer Spinrichtung hergestellt, wodurch ein Strom fließen konnte. Vereinfacht gesagt bedeutet das, dass sich jedes Elektron um sich selber dreht und dabei zu einer Art winziger Kompassnadel wird.

Die Entdeckung dieser neuartigen Stromart ermöglicht die Entwicklung neuer elektronischer Geräte, die unter dem Begriff Spintronik zusammengefasst werden. Denkbar sind Computer, die bei einem Absturz ihr Gedächtnis nicht verlieren, und magnetoelektronische Bauelemente, wie z.B. Festplatten, auf denen sich zukünftig viel mehr speichern lässt als heute.

Theoretisch können magnetische Halbleiterchips in Zukunft gleichzeitig Daten verarbeiten und magnetisch speichern, d.h. ein solches Element könnte sowohl als Prozessor wie auch als Speichermedium verwendet werden.

In den sehr dünnen Schichten von einigen Nanometern Dicke führen die Spin-Phänomene zu großen Änderungen des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von Richtung und Stärke des äußeren Magnetfelds. Bauelemente könnten dadurch noch stärker miniaturisiert werden als in der herkömmlichen Mikroelektronik.

In einem Computer bestehen bisher CPU und RAM aus Halbleitern, während die Festplatte magnetisch speichert. Es geht folglich Information verloren, wenn der Computer abstürzt oder ausgeschaltet wird. In Zukunft könnten alle Rechnerteile genau wie die Festplatte den Magnetowiderstandseffekt nutzen, damit würde die bisherige Aufteilung aufgehoben und auch der Arbeitsspeicher auf magnetischer Basis funktionieren. Neben Computern kann aber auch ein enormes Potential für praktische Umsetzungen von Spintronik-Ergebnissen in mobilen elektronischen Geräten, z.B. Laptops, UMTS-Handys oder Organizer, erwartet werden.