Schalten ohne Strom

Heutige Rechner auf Basis von Halbleiter­technologie benötigen viel Energie. Als unerwünschter Neben­effekt entsteht viel Wärme, die die Leistung begrenzt. Eine Lösung für Speicher könnten magneto­elektrische Schaltungen sein, die in der Theorie deutlich energie­effizientere elektronische Bauteile als herkömmliche Halb­leiter­technologie ermöglichen. Das Problem: Bisher kannte man nur Materialien, die erst weit unter Raumtemperatur starke magneto­elektrische Effekte aufweisen. Dies macht deren tatsächlichen Einsatz im Alltag unmöglich.

Nun hat ein Team aus CENIDE-Wissenschaftlern und internationalen Partnern neuartige multi­ferroische Cluster entdeckt. Dabei handelt es sich um Bereiche von nur wenigen Nanometern Größe, die starke ferro­elektrische und magnetische Eigenschaften besitzen. Diese Aspekte sind zentrale Punkte innerhalb der DFG-Forscher­gruppe 1509 „Ferroische Funktions­materialien“, in der Heiko Wende und Doru Lupascu in einem gemeinsamen Projekt zusammen­arbeiten. Diese nano­skaligen Cluster könnten sich künftig als Informations­träger für Computer­chips eignen und durch ihren geringen Strom­verbrauch Prozessoren mit sehr hoher Takt­frequenz ermöglichen.

Das Forscherteam um Leonard Henrichs konnte zeigen, dass die magnetischen und ferro­elektrischen Eigenschaften der Cluster stark miteinander wechsel­wirken. Den Wissenschaftlern gelang es, die Magnetisierung der Cluster stromlos und nur mit Hilfe von elektrischer Spannung zu schalten. Dabei konnten sie zudem den größten Kopplungs­effekt messen, der je für solche Materialien dokumentiert wurde.

Die Eigenschaften der multiferroischen Cluster ändern sich sehr stark in Abhängigkeit von einem von außen angelegten Magnetfeld, daher lassen sich die Cluster auch als Magnet­feld­sensoren nutzen. Künftige Anwendungen solcher Sensoren könnten möglicher­weise in der Medizin für bild­gebende Verfahren genutzt werden und heutige Verfahren verbessern.

UDE / DE