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Das Geheimnis des richtigen Spins

Auf der Suche nach ferromagnetischen Halbleitern für elektronische Bauteile

Heutige elektronische Bauteile nutzen ausschließlich die elektrische Ladung von Elektronen. Doch jedes Elektron trägt zusätzlich eine bisher brachliegende Information: den so genannten Spin. Es rotiert in die eine oder in die andere Richtung und wird dadurch zu einem winzigen Magneten. Von der Nutzung dieses Elektronenspins für elektrotechnische Anwendungen träumen Physiker und Ingenieure schon lange.

Würde es gelingen, den Spin zu nutzen, könnte zum Beispiel die Schaltgeschwindigkeit von Transistoren erheblich gesteigert werden, und die Speicherkapazität des Arbeitsspeichers in Computern würde sich vervielfachen, da neben „an“ und „aus“ auch noch der Auf- und Ab-Spin Informationen enthalten könnte. Ein Computer, der auf schaltbaren Spintransistoren beruht, braucht zudem keine Festplatte mehr. Auch wenn der Strom abgeschaltet ist, würde der Magnetismus erhalten bleiben und beim nächsten Einschalten wäre alles noch im Arbeitspeicher gespeichert wie vor dem letzten Ausschalten.

In der Elektrotechnik genutzte Halbleiter sind jedoch normalerweise nicht magnetisch. Der Grund liegt in ihrer atomaren Struktur: Sie enthalten genau gleich viele Elektronen jeder Spin-Richtung – die magnetische Wirkung der einzelnen Elektronen hebt sich auf. Wegen der vielen, näher oder weiter entfernten Verheißungen der spintronischen Bauelemente sind Physiker auf der ganzen Welt jedoch bemüht, magnetische Halbleiter zu realisieren.

Inhalt:

  1. Magnetische Halbleiter gesucht
    Zwei Varianten, viele Hürden
  2. Die Kunst der richtigen Dotierung
    Vom nichtleitenden Oxid zum Halbleiter
  3. Unter Elektronenbeschuss
    Experiment im Speicherring
  4. Mehr Durchblick dank ALICE
    Neue Methode bestätigt erfolgreichen Austausch
  5. Magnetisch oder nicht?
    Die entscheidenden Tests

Hartmut Zabel /RUBIN /RUB
Stand: 16.05.2008

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Inhalt des Dossiers

Das Geheimnis des richtigen Spins
Auf der Suche nach ferromagnetischen Halbleitern für elektronische Bauteile

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