Elektronen-Spin als Speicher

Dänischen Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, den Spin eines einzelnen Elektrons gezielt zu steuern. Damit eröffnen sie neue Wege für eine schnellere und effektivere Datenspeicherung in Computern. In der Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichten die Forscher über ihr Experiment.

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Unser Computer wird durch zwei wichtige Bestandteile geprägt: durch seine Rechenleistung und den Speicher, das Gedächtnis des Computers. Während letzteres auf magnetischen Komponenten beruht, findet die eigentliche Informationsverarbeitung in Form von elektrischen Signalen statt. Das bedeutet, dass Informationen ständig von elektrischen in magnetische Einheiten umgewandelt werden müssen und umgekehrt.

Jetzt jedoch haben Jonas Hauptmann, Jens Paaske und Poul Erik Lindelof vom Nano-Science Center und dem Niels Bohr Institut der Universität von Kopenhagen einen Weg gefunden, Elektrizität und Magnetismus in einem neuen Transistorkonzept zu kombinieren.

Kohlenstoffnanoröhrchen als Transistoren

„Wir sind die ersten, denen es gelingt, die kleinsten natürlichen Magneten, den Spin eines Elektrons, direkt zu kontrollieren”, erklärt Hauptmann, der die Experimente durchführte. „Das hat langfristig eine große Bedeutung.“ In ihren Experimenten nutzen die Forscher Kohlenstoffnanoröhrchen als Transistoren. Sie setzten sie zwischen magnetische Elektroden und stellten fest, dass die Spin-Richtung eines einzelnen, auf dem Röhrchen platzierten Elektrons, durch ein elektrisches Potenzial direkt beeinflusst werden kann.

Der Spin lässt sich damit nach Ansicht der Forscher als eine Art künstliches Atom betrachten, dass direkt schaltbar ist. Je nach Richtung des Spins entspräche dies den zwei Zuständen Null und Eins der klassischen Computertechnik.

Schon seit einigen Jahren gilt es als theoretisch möglich, einen Elektronenspin elektrisch zu kontrollieren, praktisch jedoch war das trotz zahlreicher Versuche weltweit bisher nicht vollständig gelungen. Erst im Experiment der dänischen Forscher gelang die Realisation. „Transistoren sind wichtige Komponenten in nahezu jedem elektronischen Gerät“, so Paasch. „Wir arbeiten mit einem völlig neuen Transistorkonzept, in dem ein Kohlenstoffnanoröhrchen oder einzelnes organisches Molekül die Stelle des traditionellen Halbleiters einnimmt. Unsere Entdeckung zeigt, dass der neue Transistor als magnetisches Gedächtnis fungieren kann.“

(University of Copenhagen, 09.04.2008 – NPO)