19.05.2016

Elektronenspin auf schwierigem Gelände

Eine Karte der Spin-Bahn-Wechselwirkung zeigt die Schwierigkeiten bei der Spinmanipulation auf.

Seit etwa 1990 zählt die halbleiter­basierte Spin­elektronik als mögliche Alternative zur aktuell ladungs­basierten Informations­verarbeitung. Prinzipiell kann die Nutzung des magnetischen Momentes 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.

Abb.: Eine Landkarte der Spin-Bahn-Wechselwirkung (Bild: RWTH Aachen)

Ein Forscherteam der RWTH unter Leitung von Markus Morgenstern, unterstützt durch Rechnungen von 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 der Spin-Bahn-Wechsel­wirkung, die die Forscher nun veröffentlicht haben, 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.

RWTH / DE

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