Besserer Transport von Spinströmen
Isolierende Barriere an einer Grenzufläche mindert Verluste deutlich.
Eine aus wenigen Atomen bestehende Zwischenschicht ermöglicht es, den Transport von Spinströmen von einem Material in ein anderes zu verbessern. Bislang war dieser Prozess mit größeren Verlusten behaftet. Wie sich diese umgehen lassen, zeigt nun ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik und der Freien Universität Berlin. Die Forschenden liefern damit wichtige Erkenntnisse für viele spintronische Anwendungen, zum Beispiel zukünftige, energieeffiziente und ultraschnelle Speichertechnologien.
In der modernen Mikroelektronik wird die Ladung von Elektronen als Informationsträger genutzt. Für den Ladungstransport ist relativ viel Energie nötig und es entsteht Wärme. Eine energiesparende Alternative hierfür könnte die Spintronik bieten. Die Grundidee ist es, zusätzlich den Spin für die Informationsverarbeitung zu nutzen. Dieser Eigendrehimpuls von Elektronen bewirkt ein magnetisches Moment. So wird der Magnetismus erzeugt, der letztlich für die Informationsverarbeitung verwendet werden soll.
In der Spintronik müssen auch Spinströme von einem Material ins nächste übertragen werden. „Oft sind diese Übergänge mit starken Verlusten behaftet“, sagt Georg Woltersdorf von der MLU. Das Team suchte nach einem Weg, diese Verluste abzuschwächen, und nutzte dabei einen Ansatz, der zunächst widersprüchlich klingt: Die Forschenden integrierten an der Grenzfläche zweier Materialien eine isolierende Barriere. „Dazu haben wir den Isolator auf der Ebene einzelner Atome so gestaltet, dass er metallisch wurde und die Spinströme leiten konnte. So lassen sich die Spinströme besser übertragen und die Grenzflächeneigenschaften optimieren“, fasst Woltersdorf zusammen.
Die Materialproben wurden am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik hergestellt. Durch Messungen des Spintransports an der MLU und der Freien Universität Berlin wurde der überraschende Effekt gefunden. Das Team liefert auch die theoretischen Grundlagen für die neue Entdeckung. Diese lasse sich mit vergleichsweise einfachen Modellen ohne die Spin-Bahn-Kopplung beschreiben, sagt Woltersdorf. Die Ergebnisse sind für viele spintronische Anwendungen von Relevanz. Damit könnten zum Beispiel spintronische Terahertz-Emitter verbessert werden. Terahertzstrahlung kommt nicht nur in der Forschung zum Einsatz, sondern auch in der Hochfrequenzelektronik, der Medizin, der Materialprüfung oder der Kommunikationstechnologie.
MLU / JOL
