Spinstrom-Transistor
Physiker haben einen Effekt entdeckt, der Spinströme verstärkt.
Physiker haben einen Effekt entdeckt, der Spinströme verstärkt.
Forscher um Sergej Demokritov der Universitäten Münster haben zusammen mit Kollegen in Cambridge (England) einen grundlegenden Effekt entdeckt, der eine Verstärkung von Spinströmen möglich macht. Die Ergebnisse könnten bei der der Realisierung von spintronischen Geräten helfen, die durch Spinströme eine Datenübertragung in bislang unerreichbarer Schnelligkeit möglich machen sollen.
Abb.: Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus zur Messung des Spinstroms in einem YIG/Pt-Schichtsystem. In der YIG-Schicht wird die ferromagnetische Resonanz mittels Mikrowellen (MW) angeregt, die in einer Mikrostreifenleitung propagieren. H0 steht für das angelegte statische Magnetfeld und M für die Magnetisierung. Die an der Pt-Schicht angebrachten Elektroden detektieren die Spannung, die durch den Fluss eines Spinstroms in die Schicht induziert wird. (Bild: H. Kurebayashi et al., Nature Materials)
Zeigen die Elektronenspins nicht zufällig nach oben oder unten, sondern alle in eine Richtung, fließt zusammen mit dem elektrischen Strom ein Spinstrom, wenn Elektronen in Bewegung sind. Während elektrischer Strom immer weitergeleitet wird, versiegt der Spinstrom jedoch, weil die Orientierungen der Spins sich mit der Zeit wieder zufällig anordnen. Entsprechend wird Drehimpuls an das Kristallgitter übergeben. "Um dies zu verstehen, stellt man sich am besten zwei miteinander verbundene Wasserbecken vor", erklärt Demokritov. "Das eine Becken repräsentiert ein Kristallgitter, das aus einzelnen Atomen besteht. Das andere Becken stellt ein magnetisches System innerhalb des Gitters dar, das wir durch ein äußeres Magnetfeld angeregt haben. Aus dem einen Becken fließt das Wasser in das andere Becken, bis der Wasserstand gleich ist. Ähnlich ist es mit dem Spin oder Drehimpuls. Überschüssiger Drehimpuls aus dem magnetischen System wird auf die Atome des Kristallgitters übertragen. Am Ende fließt kein Spinstrom mehr."
Den Physikern ist es nun gelungen, den Drehimpuls-Fluss umzukehren. Der entdeckte Effekt sorgt dafür, dass das Kristallgitter selbst Drehimpuls an das magnetische System abgibt und dort den Spinstrom verstärkt. "Dadurch ist ein Spinstrom-Transistor realisiert worden. Analog einem herkömmlichen Transistor, der elektrische Signale verstärkt, kann er in spintronischen Geräten eingesetzt werden", sagt Demokritov.
WWU Münster / MH
