Drehen statt Laden

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Die Spintronik soll die Elektronik ablösen. An der TU Wien wird eine neue Methode eingesetzt, um extrem starke Spinströme herstellen.

Computer übertragen Informationen in Form von elektrischer Ladung. Das benötigt große Energiemengen. Die Spintronik soll mit viel weniger Energie auskommen. Bei trägt nicht die elektrische Ladung, sondern der Drehimpuls der Elektronen die Information.
Es ist aber schwierig, überhaupt einen Spinstrom ohne Ladungsstrom zu erzeugen. Physiker der TU Wien schlagen nun im Fachjournal „Physical Review Letters“ eine neue Methode vor, die in extrem kurzer Zeit gewaltige Spinströme produziert – durch die Verwendung ultrakurzer Laserpulse. Denn bisher durchgeführte Versuche Spins mit Ferromagneten zu erzeugen, haben sich als nicht effizient erwiesen.

Ohne Ladung
Marco Battiato und Karsten Held vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien sind einen anderen Weg gegangen: Sie brachten eine dünne Schicht Nickel auf einem Stück Silizium auf und beschossen diese mit starken ultrakurzen Laserpulsen. „Ein solcher Laserpuls hat eine gewaltige Wirkung auf die Elektronen im Nickel“, erklärt Held. Sie werden mit ungeheurer Wucht von ihren Plätzen gefegt und bewegen sich Richtung Silizium. An der Grenze zwischen Nickel und Silizium entsteht so rasch ein elektrisches Feld, der elektrische Ladungsstrom hört daher auf zu fließen. Elektronen wandern zwar weiterhin zwischen Nickel und Silizium hin und her, aber dies gleicht sich aus, insgesamt findet kein Ladungstransport mehr statt.
Doch auch wenn keine elektrische Ladung mehr transportiert wird, kann immer noch Spin transportiert werden. Den TU-Foschern ist es in der Simulation gelungen, in den Halbleiter Silizium einen Spinstrom ohne Ladungsstrom zu injizieren.
Wichtig ist laut Battiato auch: „Dieser Spinstrom lässt sich innerhalb von Femtosekunden erzeugen.“ Denn aktuelle Computerprozessoren arbeiten mit Taktfrequenzen im Gigahertz-Bereich, somit sind Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde möglich. Will man das steigern und in den Terahertz-Bereich vordringen, braucht man Bauteile, die auf entsprechend kurzen Zeitskalen reagieren können.