24.09.2007

Quanten-Spin-Hall-Effekt entdeckt

Physiker der Universitäten Würzburg und Stanford haben einen bislang unbekannten Quanten-Effekt nachgewiesen. Dafür dürften sich vor allem Hersteller von Computern und Halbleiter-Bauelementen interessieren.



Für diese Entdeckung dürften sich die Hersteller von Computern und Halbleiter-Bauelementen brennend interessieren: Physiker der Universitäten Würzburg und Stanford haben einen bislang unbekannten Quanten-Effekt nachgewiesen – und das könnte der Entwicklung schnellerer Rechner neuen Schub geben. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der neuen Ausgabe des US-Wissenschaftsmagazins Science publiziert.

Manche Laptop-Nutzer merken es hautnah: Wenn sie ihre tragbaren Geräte auf den Oberschenkeln abstellen und dann eine Weile im Internet surfen, werden die Rechner ganz schön warm. Das ist für die einzelnen Benutzer nicht weiter schlimm. Doch die Halbleiterindustrie steht angesichts dieses Effekts vor einem Problem. Denn die Wärme ist ein Faktor, der die Entwicklung schnellerer PCs und Laptops deutlich begrenzt.

Gefragt sind immer leistungsfähigere Bauelemente und Computer. Dafür müssen auf die Chips mehr und mehr Transistoren gepackt werden, und wenn durch die dann elektrischer Strom fließt, entsteht dabei Wärme. „Wenn ein PC schneller werden soll, muss aber auch mehr Strom über die Chips fließen, und so heizen sich die Bauteile immer stärker auf“, erklärt der Würzburger Physiker Hartmut Buhmann, Leiter der Arbeitsgruppe für Quantentransport am Lehrstuhl für Experimentelle Physik III. Dabei kann so viel Wärme zusammenkommen, dass die Funktionsfähigkeit des Computers gefährdet ist. Besonders leistungsfähige Rechner sind schon heute mit einer Wasserkühlung ausgestattet.

Abb.: Hier sind die dissipationslosen, spinpolarisierten Randkanäle des Quanten-Spin-Hall-Effekts dargestellt. (Bild: Physikalisches Institut)

„Die Techniken, die wir hier in Würzburg entwickeln, könnten dazu führen, dass Chips nicht mehr heiß werden“, sagt Laurens Molenkamp, Leiter des Lehrstuhls: „Mithilfe des Quanten-Spin-Hall-Effekts, den wir entdeckt haben, lässt sich nämlich die Information moderner Speichermedien verlustfrei transportieren und manipulieren.“ Das heißt: Ein Computer könnte künftig superschnell arbeiten ohne warmzulaufen.

Für derartige Entdeckungen scheint die Uni Würzburg ein gutes Pflaster zu sein: Vor 25 Jahren, am gleichen Lehrstuhl, der damals von Gottfried Landwehr geleitet wurde, fand Klaus von Klitzing den Quanten-Hall-Effekt, den universellen Hall-Widerstand eines Halbleiter-Feldeffekttransistors in starken Magnetfeldern – und bekam dafür 1985 den Nobelpreis für Physik verliehen.

Quelle: Uni Würzburg

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