Ströme von bestimmten quantenmechanischen Spins bilden eine Alternative zu elektrischen Strömen in elektronischen Bauelementen. Man kann diese sogenannten Spinströme möglicherweise verlustfrei übertragen, was sie sehr attraktiv für die Spintronik, einer neuen Form von Elektronik macht.
Japanische Forscher um Prof. Eiji Saitoh in Sendai und Prof. Sadamichi Maekawa in Tokai haben gemeinsam mit Prof. Burkard Hillebrands von der TU Kaiserslautern (Fachbereich Physik und Landesforschungszentrum OPTIMAS) gezeigt, dass Spinströme mit Schallwellen erzeugt werden können. Weiterhin fanden sie, dass Spinströme auf isolierenden nichtmagnetischen Substraten auch durch einen weiteren Effekt, den sogenannten langreichweitigen Spin-Seebeck-Effekt erzeugt werden können.
Um einen Spin-Seebeck-Effekt zu erzeugen, nehme man ein solches Substrat mit speziell aufgebrachten Doppellagen-Streifen aus einer Nickel-Eisen-Legierung und Platin und heize es an einer Seite auf. Diese Temperaturerhöhung erzeugt Quanten von Schallanregungen, sogenannten Phononen. In einem Temperaturgefälle diffundieren diese zu oder weg von einem Streifen und erzeugen dabei einen Spinstrom im Streifen. Diese Grundlagenentdeckung bedarf noch einer genauen theoretischen Erklärung, eröffnet aber ganz neue Möglichkeiten zum Entwurf neuartiger Bauelemente für die Informationsverarbeitung. So kann zum Beispiel durch die Messung des Spinstroms die Position des Doppellagen-Streifen auf dem Substrat bestimmt werden.
Was sind nun Spinströme? Neben der negativen elektrischen Ladung besitzt ein Elektron auch eine Rotation um sich selbst, den Spin, der wie ein kleiner Elementarmagnet verstanden werden kann. Weil wir hier in der Welt der Quantenmechanik sind, können diese Elementarmagnete in einem Magnetfeld nur parallel oder antiparallel zum Magnetfeld ausgerichtet sein. Diese beiden Richtungen können für Anwendungen in der Logik als logische "Null" oder "Eins" genutzt werden. Spinströme werden durch sich bewegende Spins gebildet und sie sind daher sehr gut zur Übertragung und Verarbeitung von logischen Werten geeignet.
Quelle: Technische Universität Kaiserslautern
