Spintronik

Die Spintronik (aus den Worten Spin und Elektronik), manchmal auch Spinelektronik oder Fluxtronik genannt, ist ein neues Forschungsgebiet in der Nanoelektronik, das sich noch in der Entwicklung befindet (siehe Grundlagenforschung). Sie nutzt das magnetische Moment des Elektrons zur Informationsdarstellung und -verarbeitung und nicht nur dessen Ladung wie die herkömmliche Halbleiterelektonik. Das magnetische Moment der Elektronen entsteht durch eine Art Eigenrotation, den quantenmechanischen Spin.

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Die Spintronik beruht auf der Möglichkeit der sogenannten "Spininjektion" in Halbleitermaterialien, es sind aber auch organische oder metallische Materialien möglich, und die Spininjektion kann z. B. vom Metall in den Halbleiter erfolgen. Mit der Spininjektion können in den genannten Materialien spinpolarisierte Ströme erzeugt werden, die mit Betrag und Richtung des Spinerwartungswerts weitere Freiheitsgrade aufweisen, die als zusätzliche Eigenschaften für die Informationsdarstellung genutzt werden können.

Unter dem älteren Begriff Magnetoelektronik wird i. W. dasselbe verstanden, allerdings ist in dem allgemeineren Begriff Spintronik u. a. auch die Erkenntnis enthalten, dass man Spins nicht nur mit Magnetfeldern, sondern z. B. auch mit elektrischen Feldern manipulieren kann.

Anwendungen

Es besteht die Aussicht, dass Bauelemente, die nur den Spin des Elektrons schalten, deutlich schneller sein können als herkömmliche, die auf dem Ladungstransport beruhen. Außerdem würde der Vorgang weniger Energie benötigen als ein vergleichbarer Ladungstransport mit gleichem Informationsinhalt. Falls diese Technologie auch industriell tragfähig wird, hätte sie den wesentlichen Vorteil, dass für sie ein großer Teil der heutigen Fertigungstechnik für Halbleiter genutzt werden könnte.

Eine Anwendung der Spintronik ist bereits in gängigen Produkten verfügbar: Neue Festplattentypen haben "Spinvalve"-Dünnschicht-Leseköpfe, die den Riesenmagnetowiderstand nutzen. 2007 wurde für dessen Entdeckung Albert Fert und Peter Grünberg der Physik-Nobelpreis verliehen. Der Riesenmagnetowiderstand ermöglicht es, sehr kleine magnetische Domänen zu detektieren, wodurch die Kapazität von Festplatten deutlich gesteigert werden kann.

Auch als Technologie für Quantencomputer wird die Spintronik diskutiert, die wegen ihrer enormen Schnelligkeit wesentlich leistungsfähiger bei der Faktorisierung großer Zahlen wäre und erheblichen Einfluss auf die Kryptographie haben könnte.

Siehe auch

• Magnetoelektronik
• Heusler-Legierungen
• Schottky-Kontakt bei der Injektion spinpolarisierter Ladungsträger vom Metall zum Halbleiter
• Quanten-Hall-Effekt
• Luttinger-Flüssigkeit
• Elektronenspinresonanz (ESR)
• Kernspinresonanz (NMR)
• Josephson-Effekt
• Fluxon

Speichertechnologien:

• AMR, GMR, TMR, CMR
• MRAM, FRAM

Literatur

• Oliver Morsch: Der Spin macht es möglich, NZZ, Nr. 2306, 6. September 2006