Kartografie der Spin-Bahn-Wechselwirkung

Seit etwa 1990 wird die halbleiterbasierte Spinelektronik als mögliche Alternative zur aktuell ladungsbasierten Informationsverarbeitung weltweit erforscht. Prinzipiell kann die Nutzung des magnetischen Momentes (Spin) eines Elektrons zu schnellerer und energiesparender Verarbeitung von Bits und Bytes führen als dies in aktuellen Si-basierten Prozessoren der Fall ist.

Darüber hinaus könnte die Nutzung des Elektronenspins eine räumliche Integration von Informationsverarbeitung und –speicherung ermöglichen, da die Speicherung in magnetischen Festplatten bereits auf dem Elektronenspin basiert. Die bisher erzielten Effekte zur kontrollierten Verarbeitung des Spins sind jedoch viel zu klein, um an eine praktische Nutzung zu denken.

Ein Forscherteam der RWTH Aachen um Prof. M. Morgenstern (Mitglied in JARA-FIT) unterstützt durch Rechnungen von Prof. E. Y. Sherman (Universität des Baskenlandes) hat nun eine mögliche Ursache für die geringe Effizienz identifiziert. Hierzu haben die Physiker ein bei -273° C arbeitendes Rastertunnelmikroskop genutzt, dass mit Nanometer-Präzision die Wechselwirkung des Elektronenspins mit seiner Umgebung kartieren kann. Die Karten, die in der renommierten Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht wurden, zeigen dass die für die Manipulation essentielle Spin-Bahn-Wechselwirkung räumlich fluktuiert, so dass benachbarte Spins auf ihrem Weg durch ein Bauelement verschiedener Manipulation ausgesetzt sind. Tatsächlich kann der identifizierte Unordnungs-Effekt die mangelnde Effizienz bisheriger Bauelemente gut erklären.

Die von den Wissenschaftlern entwickelte Kartierungsmethode der Spin-Bahn-Wechselwirkung soll in Zukunft helfen, die ungewollten Unordnungsbeiträge so weit wie möglich zu minimieren.

Der Originalartikel ist auf der Internetseite von Nature Physics veröffentlicht.