Kartografie der Spin-Bahn-Wechselwirkung

17.05.2016

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Seit etwa 1990 wird die halbleiterbasierte Spinelektronik als mögliche Alternative zur aktuell ladungsbasierten Informationsverarbeitung weltweit erforscht. Die renommierte Zeitschrift "Nature Physics" hat nun über die Forschung unter Leitung von RWTH-Professor Dr. rer. nat. Markus Morgenstern, unterstützt durch Rechnungen von Professor E. Y. Sherman der Universität des Baskenlandes, publiziert. Ein mögliches Hindernis auf dem Weg zu effizienten Baulelementen konnte identifiziert werden.

 

Prinzipiell kann die Nutzung des magnetischen Momentes (Spin) eines Elektrons zu schnellerer und energiesparender Verarbeitung von Bits und Bytes führen als dies in aktuellen Si-basierten Prozessoren der Fall ist. Darüber hinaus könnte die Nutzung des Elektronenspins eine räumliche Integration von Informationsverarbeitung und -speicherung ermöglichen, da die Speicherung in magnetischen Festplatten bereits auf dem Elektronenspin basiert. Die bisher erzielten Effekte zur kontrollierten Verarbeitung des Spins sind jedoch viel zu klein, um an eine praktische Nutzung zu denken.

  Illustration zur Veranschaulichung Lehrstuhl für Experimentalphysik der RWTH Aachen

Ein Forscherteam der RWTH unter Leitung von Professor Dr. rer. nat. Markus Morgenstern, unterstützt durch Rechnungen von Professor E. Y. Sherman der Universität des Baskenlandes, hat nun eine mögliche Ursache für die geringe Effizienz identifiziert. Hierzu haben die Physiker ein bei minus 273 Grad Celsius arbeitendes Rastertunnelmikroskop genutzt, das mit Nanometer-Präzision die Wechselwirkung des Elektronenspins mit seiner Umgebung kartieren kann. Die Karten, die in der renommierten Zeitschrift „Nature Physics“ veröffentlicht wurden, zeigen, dass die für die Manipulation essentielle Spin-Bahn-Wechselwirkung räumlich fluktuiert – so sind benachbarte Spins auf ihrem Weg durch ein Bauelement verschiedener Manipulation ausgesetzt. Tatsächlich kann der identifizierte Unordnungs-Effekt die mangelnde Effizienz bisheriger Bauelemente gut erklären.

Die von den Wissenschaftlern entwickelte Kartierungsmethode der Spin-Bahn-Wechselwirkung soll in Zukunft helfen, die ungewollten Unordnungsbeiträge so weit wie möglich zu minimieren.

Der Originalartikel ist auf der Internetseite von Nature Physics veröffentlicht.