Kohlenstoff bringt Magnetismus in die Elektronik
Forschern aus Karlsruhe und Dresden gelang die Herstellung von ferromagnetischen Nano-Drähten aus Silizium, Mangan und Kohlenstoff.
Kohlenstoff bringt Magnetismus in die Elektronik
Forschern aus Karlsruhe und Dresden gelang die Herstellung von ferromagnetischen Nano-Drähten aus Silizium, Mangan und Kohlenstoff.
Forscher in Japan stellten vor einigen Jahren in einem Experiment zufällig eine Verbindung aus Silizium, Mangan und Kohlenstoff her, die unerwarteterweise auch bei Raumtemperatur ferromagnetisch war. Da Silizium das wichtigste Material für die Herstellung von Handy- oder Computerchips ist, rufen neue magnetische Eigenschaften von Silizium-Verbindungen immer ein großes Echo hervor. Forschern aus Karlsruhe und Dresden gelang nun die Herstellung von magnetischen Nano-Drähten aus diesem Material. Hierzu implantierten sie Kohlenstoff-Ionen bei erhöhter Temperatur in Mangansilicid. Das Ergebnis wurde vor kurzem in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht.
Christoph Sürgers von der Universität Karlsruhe und Kay Potzger vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) beschäftigen sich mit der Wechselwirkung magnetischer und elektronischer Eigenschaften von Materialien. Jedes Elektron ist quasi ein winzig kleiner Magnet, denn es verfügt über eine Eigenrotation, den Spin. Da der Spin mindestens zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten hat, bietet sich seine Nutzung als Informationsträger (ein/aus bzw. 0/1) an. Bereits in den 1980er-Jahren entdeckten die Physik-Nobelpreisträger des Jahres 2007, Grünberg und Fert, den Riesenmagnetowiderstand (Giant Magnetoresistance, GMR), der Festplatten mit einem Speichervermögen von vielen Giga-Byte ermöglicht. Damit begründeten sie die zukunftsträchtige Spinelektronik oder auch Spintronik. Die Reduzierung der Größe der Leiterbahnen bis in den Nanometerbereich könnte jedoch auch völlig neuartige Effekte erzeugen, ja sogar zu stabileren Schaltkreisen führen.
Abb.: Aufnahmen von Mangansilicid mit durch eine Goldmaske implantierten Kohlenstoff-Ionen. Die Quadrate sind 7 x 7 Quadratmikrometer groß. (Quelle: Applied Physics Letters, Vol. 93, 062503 (2008), Abdruck mit freundlicher Genehmigung von American Institute of Physics)
Diese Herangehensweisen wurden nun im Ionenstrahlzentrum des FZD auf der Grundlage von Materialien aus Karlsruhe erfolgreich kombiniert. Kay Potzger implantierte Kohlenstoff-Ionen in eine dünne Schicht aus Mangansilicid (Mn5Si3). Um den neuen Materialverbund besser untersuchen zu können, entschloss er sich, die Kohlenstoff-Ionen erstmals mithilfe einer Lochmaske in kleine quadratische Flächen zu implantieren. Bei den während der Implantation verwendeten Substrat-Temperaturen von ca. 450 °C wandert der Kohlenstoff jedoch vom Zentrum der Quadrate an die Ränder und bildet dort regelmäßige ferromagnetische Nano-Drähte aus Mangan, Silizium und Kohlenstoff. In den Nano-Drähten liegen die durch die Elektronen erzeugten magnetischen Momente parallel zueinander ausgerichtet vor. Dieser Zustand ist ideal geeignet für weitere Arbeiten, die sich dem Transport von Elektronen in Nano-Drähten widmen werden. Die Forscher wollen gezielt Defekte in dünnen Materialschichten erzeugen, die als Falle für den implantierten Kohlenstoff dienen sollen.
Quelle: FZD
