Wiener Forscher: "Spintronik wird sich zweifellos durchsetzen"

7. September 2015, 18:09
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Wissenschafter der TU Wien fassen in "Physics Reports" den aktuellen Stand der Silizium-basierten Spintronik zusammen

Wien – Während Halbleiterelektronik auf dem Transport elektrischer Ladung mittels Elektronen basiert, wird weltweit daran geforscht, auf diese zeit- und energieaufwendige Beförderung zu verzichten und stattdessen das magnetische Moment von Elektronen zu nutzen. Wiener Forscher zeigen sich aktuell im Fachjournal "Physics Reports" davon überzeugt, dass sich die sogenannte Spintronik durchsetzen wird.

In Mikroprozessoren von Computern und Handys werden Elektronen durch elektrische Spannung dazu gebracht, Transistoren elektrisch zu laden oder zu entladen, um Informationen im binären Code zu erzeugen bzw. zu speichern. Doch der Ladungstransport kostet Zeit und Energie, zudem entsteht durch die Bewegung der Elektronen Wärme – der herkömmlichen Halbleiterelektronik sind damit Grenzen gesetzt.

Nützlicher Elektronenspin

Bei der als Zukunftstechnologie gehandelten Spintronik wird hingegen keine Ladung mehr transportiert, stattdessen nutzt man den Spin der Elektronen. Diese drehen sich quasi um ihre eigene Achse und erzeugen dabei ein magnetisches Moment. Dieses kann zwei Orientierungen einnehmen, wie ein Stabmagnet mit Nord- und Südpol. Diese beiden Zustände lassen sich wieder in den binären Code übersetzen.

Siegfried Selberherr von der Technischen Universität (TU) Wien, erhielt 2010 einen "Advanced Grant" des Europäischen Forschungsrats (ERC), um den Elektronenspin für die Verarbeitung und nichtflüchtige Speicherung von Information zu erforschen. Sein Team simuliert nanoelektronische Effekte am Computer und entwirft neue Halbleiterbauteile, die mittlerweile auch zum Patent angemeldet wurden.

"Technologie der übernächsten Generation"

In dem Übersichtsartikel fasst Selberherr nun den aktuellen Stand der Silizium-basierten Spintronik zusammen. Für ihn und seinen Kollegen Viktor Sverdlov sind die entscheidenden Fragen geklärt. Dass sich diese Technologie durchsetzen wird, steht für sie außer Frage. "In den kommenden Jahren wird man die Mikroelektronik noch auf herkömmliche Weise weiterentwickeln können, doch irgendwann sind physikalische Grenzen erreicht und man muss sich etwas Neues einfallen lassen", so Selberherr. Spintronik sei keine kühne Zukunftsvision, sondern "die Technologie der übernächsten Generation".

Im Prinzip würden alle grundsätzlich nötigen Mechanismen auch bei Zimmertemperatur und nicht nur unter Tieftemperatur-Laborbedingungen funktionieren, so der Forscher. Die Spintronik könne alle logischen Verknüpfungen realisieren, die man derzeit in der herkömmlichen Elektronik verwendet. Große Fortschritte gebe es auch bei der Umwandlung von elektrischen in Spin-Signale, Spintronik und herkömmliche Elektronik können also selbst innerhalb eines einzelnen Chips kombiniert werden.

Herausfordernde Konkurrenz

Die neue Technologie müsse aber mit der ladungsbasierten Mikroelektronik konkurrieren, die Milliarden von einzelnen Elementen auf engstem Raum fehlerfrei zusammenarbeiten lässt. Die wesentliche Herausforderung sei, jeden einzelnen benötigten spintronischen Mechanismus, effizienter zu machen.

Schon jetzt gebe es aber etliche Spintronik-Produkte, die kommerziell verfügbar sind und auch in modernen Systemen genutzt werden, etwa Speicher-Chips für Anwendungen, wo Alpha-Strahlung heikel ist, etwa in Flugzeugen, so Selberherr. Vermutlich werde es noch zehn Jahre dauern, bis einer Mehrheit von Nutzern moderner technologischer Geräte der Begriff Spintronik geläufig ist, schätzt der Forscher. (APA, red, 7.9.2015)

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