Rechner der nächsten Generation Spintronik-Computing-Forschung

Redakteur: Holger Heller

In der Spintronik zeigen Elektronen, dass sie weit mehr können als nur Elektronik, nämlich wenn zudem ihr Spin genutzt wird.

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Magnetisches Graphen: zur Erforschung des Spintronic-Effekts, der die Rechner der nächsten Generation ermöglichen soll (www.scienceknowledge.org)
Magnetisches Graphen: zur Erforschung des Spintronic-Effekts, der die Rechner der nächsten Generation ermöglichen soll (www.scienceknowledge.org)

Wissenschaftler kommen der nächsten Computer-Generation immer näher: Forscher des Cavendish Laboratory an der physikalischen Fakultät der Universität Cambridge erzielten neue Ergebnisse in Sachen „Spintronics“, das als Nachfolger des Transistors gehandelt wird.

Spintronics (Spin Tranport Electronics) nutzt das winzige magnetische Moment eines Elektrons (Spin) und soll die Datenverarbeitung radikal ändern. Die Vorteile: hohe Geschwindigkeit, hohe Dichte und niedriger Energieverbrauch.

Die Forscher fanden heraus, wie sich der Spin effizienter gestalten lässt.

Wie genau funktioniert Spintronik?

Aber Elektronen können mehr, als nur ihre elektrische Ladung transportieren, denn sie haben eine weitere Eigenschaft, die von herkömmlichen elektronischen Bauelementen nicht genutzt wird: Elektronen haben einen inneren Drehsinn, den Spin. Der Elektronenspin ist eine quantenmechanische Eigenschaft und lässt sich als eine Drehung um die eigene Achse veranschaulichen.

Der Drehsinn kann genau zwei Orientierungen haben: Ein Elektron kann links- oder rechts herum drehen. Dies erzeugt ein magnetisches Moment. In der "klassischen" Betrachtungsweise sieht man das einzelne Elektron deshalb stark vereinfacht als winziges Magnet an, bei dem entweder der magnetische Nord- oder Südpol "nach oben" zeigt.

Physiker sprechen vom "Spin Up-" und dem "Spin Down-Zustand" der Elektronen. Die Elektronenspins in einem Material bestimmen seine magnetischen Eigenschaften und sind durch ein äußeres Magnetfeld gezielt steuerbar.

Magnetoelektronik nutzt beide Elektronen-Eigenschaften

In der Magnetoelektronik werden elektronische Bauelemente entwickelt, die beide Eigenschaften der Elektronen nutzen, die Ladung und den Spin. Aus der Kombination von Elektronik und Magnetismus versprechen sich die Forscher Bauelemente mit ganz neuen Eigenschaften, wie adressierbare magnetische Datenspeicher, die eingespeiste Informationen auch nach Abschalten des Stroms noch beibehalten (MRAM).

Die Nichtflüchtigkeit der magnetisch gespeicherten Information würde beim Starten des heimischen PCs zum Beispiel den lästigen Bootvorgang überflüssig machen.

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