Die Evolution der Computertechnik ist untrennbar mit einem Werkstoff verbunden: Silizium. Zukünftige Prozessoren werden aber wohl nicht mehr aus dem Halbleiter bestehen, der aus Sand gewonnen wird. Wissenschafter arbeiten an neuen Materialverbindungen, die den Stromverbrauch der Rechner senken, ihre Geschwindigkeit erhöhen und noch kleinere Strukturen erlauben.

Auch Dominik Kriegner, der eben sein Physik-Doktorat am Institut für Halbleiterphysik der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU) abgeschlossen hat, forscht an Materialien, aus denen künftige Rechen- und Speicherelemente bestehen könnten. Irgendwann werde man Halbleiter vielleicht mit kontrollierbaren magnetischen Eigenschaften versehen und sogar den Spin von einzelnen Elektronen, ihren Eigendrehimpuls, zum Abspeichern und Verarbeiten von Daten nutzen, sagt er.

Vor kurzem hat Kriegner als Teil einer internationalen Forschergruppe eine Kupfer-Magnesium-Arsen-Verbindung untersucht, die besondere Charakteristiken aufweist. Die kristalline Struktur des Materials bedingt, dass sie unempfindlich gegen einwirkende Magnetfelder ist. Ausschlaggebend ist die Größenordnung des Kristallgitters: "Die Abstände zwischen den Atomen beeinflussen, wie die magnetischen Momente im Material koppeln", sagt der Forscher. "Bei dieser antiferromagnetischen Ordnung kompensieren sich die magnetischen Effekte nach außen hin." Mit dieser Erkenntnis könnten Datenspeicher geschaffen werden, denen Magnete - anders als herkömmliche Festplatten - nichts mehr anhaben können. Die Studie wurde im Journal Nature Communications publiziert.

Die JKU-Arbeitsgruppe von Julian Stangl, zu der Kriegner gehört, ist auf Untersuchungen von kristallinen Materialien spezialisiert. Deren Innenleben wird etwa mithilfe der Röntgendiffraktometrie vermessen. Die Methode nützt den Umstand, dass die Abstände im Kristallgitter im selben Größenbereich liegen wie die Wellenlänge der Röntgenstrahlung. Ihre Streuung lässt also Rückschlüsse auf die Struktur zu. Für besonders genaue Messung müssen die Wissenschafter allerdings verreisen, etwa nach Hamburg oder Grenoble. Mit Synchrotronstrahlung aus Teilchenbeschleunigern sind dort auch kleinste Strukturen mit der Präzision von einem Tausendstel eines Atomdurchmessers erfassbar.

In diesen Kleinststrukturen ordnen sich Atome anders als in größeren Formen. "Galliumphosphid-Halbleiter sind von den optischen Eigenschaften her eigentlich nicht vielversprechend", erklärt Kriegner. "Im Nanobereich sind die optischen Eigenschaften aber anders. Dort erzeugen die Drähte viel mehr Licht." Eine Erkenntnis, die die Linzer als Teil einer internationalen Forschergruppe im Journal Nano Letters veröffentlichten. Finanziert wird die Grundlagenforschung vom Wissenschaftsfonds und der Akademie der Wissenschaften.

Für den 30-jährigen Kriegner könnte die nächste Station Prag sein, wo eine Postdoc-Stelle auf ihn wartet. Physik zu studieren habe sich für ihn als "genau die richtige Entscheidung" herausgestellt. Die Freiheit, sich "eindringlich" mit Problemen, "die einen nicht mehr loslassen", zu beschäftigen, mache den Reiz aus. Und dass man "tiefer in das Verständnis der Materie" eindringen kann, im wahrsten Sinne des Wortes. (Alois Pumhösel, DER STANDARD, 27.11.2013)