Eine Etappe auf dem weiten Weg zum Quantencomputer

Spin-Elektronik: Magnetische Momente der Elektronen elektrisch steuern

Bisher nutzt die Elektronik lediglich die elektrische Ladung der Elektronen. In den nächsten 20 Jahren könnte ihr Spin hinzukommen, denn die Spins und somit die magnetischen Momente lassen sich schneller umklappen als sich die geladenen Teilchen bewegen lassen.

Ein Fernziel ist ein Feldeffekttransistor, der die Elektronenspins elektrisch – nicht magnetisch – schaltet; ferromagnetische Werkstoffe sind Chipfertigern nämlich ein Gräuel. Um die Spin-Elektronik nicht als Science-Fiction weiterspinnen zu müssen, haben amerikanische Experimentatoren Elektronenspins mittels elektrischer Felder sortiert.

Amerikanische Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien in Santa Barbara haben einen Elektronenspin-abhängigen Hall-Effekt gemessen. Mit diesem lassen sich Elektronenspins in nichtmagnetischen Halbleitern umklappen – ohne ein anliegendes Magnetfeld.

Diese Spin-Aufteilung könnte sich technisch nutzen lassen, um spinpolarisierte Ströme zu schalten. Die Forscher berichteten ihre Ergebnisse in der Online-Ausgabe der Zeitschrift Science am 11.11.2004.

In paramagnetischen Stoffen tritt der Spin-Hall-Effekt bei anliegendem elektrischen Feld – also ohne Magnetfeld – wegen der sogenannten Spin-Bahn-Wechselwirkung der Elektronen auf; im Sinne der speziellen Relativitätstheorie Einsteins ist ein Magnetfeld eine relativistische Korrektur des elektrischen Feldes. Saust ein Elektron herum – also mit nicht verschwindendem Bahndrehimpuls –, dann wirkt eine Kraft auf sein magnetisches Dipolmoment, das vom Spin herrührt.

Ein populärwissenschaftlicher Übersichtsartikel der Forscher erschien vor zwei Jahren im Scientific American], im gleichen Jahr berichtete die FAZ über den Stand der Magnetoelektronik.