Neues Material für hocheffiziente Datenverarbeitung entdeckt

12.09.2019 - Deutschland

Ein neues Material könnte dabei helfen, extrem energiesparende Anwendungen in der Informationstechnologie zu entwickeln. Entdeckt wurde es von einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Elektronen an der Grenzfläche des Materials zeigen besondere Eigenschaften, die zu einer drastisch erhöhten Umwandlungrate eines Spinstroms in einen Ladungsstrom führen. Diese ist die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Spintronik. Damit erweist sich das neue Material als effizienter als alle bisher untersuchten, wie das Team im Fachjournal "Nature Materials" schreibt.

Durch alle technischen Geräte fließt elektrischer Strom. Dabei entsteht Wärme, Energie geht verloren. Die Spintronik erforscht unter anderem neue Konzepte, um dieses Problem zu lösen. Genutzt wird dabei eine spezielle Eigenschaft von Elektronen: der Spin. Dabei handelt es sich um eine Art Eigendrehimpuls von Elektronen, der ein magnetisches Moment erzeugt und Ursache des Magnetismus ist. Die Idee: Fließen anstelle von elektrischen Ladungen Spinströme durch ein Material, entsteht dabei keine Wärme und es kommt zu einem deutlich geringeren Energieverlust in den Geräten. "Ganz ohne elektrischen Strom kommt der Ansatz jedoch nicht aus. Daher ist eine effiziente Umwandlung zwischen Spin und Ladung erforderlich, um diese neuartige Technologie zu realisieren", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Ihre Arbeitsgruppe ist Teil des internationalen Forschungsteams, das das neue Material entdeckt hat. Geleitet wurde die Arbeit vom französischen Physiker Dr. Manuel Bibes, der am Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Thales forscht.

Die Gruppe untersuchte die Grenzfläche zwischen zwei Oxiden. "Die beiden Stoffe sind eigentlich Isolatoren, die nicht leiten. An ihrer Grenzfläche entsteht aber eine Art zweidimensionales Elektronengas, das sich wie ein Metall verhält, Ströme leitet und mit einer extrem hohen Effizienz Ladungsstrom in Spinstrom umwandeln kann", erklärt Mertig. Dr. Annika Johansson und Börge Göbel aus ihrer Arbeitsgruppe lieferten die theoretische Erklärung dafür. Das neue Material ist den Forschern zufolge deutlich effizienter als alle anderen bisher bekannten Materialien. Damit könnte es den Weg ebnen für die Entwicklung neuer, energiesparender Computer.