Spinelektronische Materialien mit einer ultraschnellen Sonde untersuchen

Spinelektronische Materialien, die für die Entwicklung von magnetischen Speichern von Bedeutung sind, lassen sich künftig sehr viel leichter herstellen als bisher: Der langwierige Prozess der Charakterisierung und Optimierung von Materialeigenschaften kann mit Hilfe einer neuen Untersuchungsmethode – einer ultraschnellen Sonde – massiv beschleunigt werden.

Entwickelt wurde sie von Wissenschaftlern aus den USA, Frankreich und Deutschland. „Damit sind erhebliche Fortschritte auf dem Gebiet der Spinelektronik zu erwarten“, so Dr. Markus Münzenberg, Physiker und Leiter einer Forschungsgruppe an der Universität Göttingen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht.

Elementarteilchen, viele Atomkerne sowie Atome mit bestimmten Elektronenkonfigurationen besitzen einen sogenannten Spin, der die Rotation um die eigene Achse bezeichnet. Weicht die Ausrichtung der Spins in einer Gruppe von Teilchen von ihrer zufälligen Verteilung ab, handelt es sich um Spinpolarisation. Diese lässt sich auf unterschiedlichen Wegen physikalisch beeinflussen und hat dabei Auswirkungen auf die magnetische Struktur von Festkörpern. Nach Angaben von Dr. Münzenberg sagen theoretische Berechnungen eine enorme Anzahl von Materialien mit hoher Spinpolarisation voraus. Bislang wurden jedoch nur wenige realisiert, da zur Herstellung eines Prototyps im Labor zahlreiche Schritte der Strukturierung durchlaufen werden müssen.

Die neu entwickelte Untersuchungsmethode zur ultraschnellen Bestimmung der spinpolaren Materialeigenschaften nutzt die sogenannte Femtosekundendynamik: Dabei werden Elektronen durch kurze Laserpulse mit einer Zeitspanne von 80 Femtosekunden angeregt. Dr. Münzenberg: „Das Elektron selbst ist die Sonde, die in einer Umgebung von wenigen Atomen lokal die elektronischen Eigenschaften ermittelt.“ Materialien mit hoher Spinpolarisation sollen unter anderem als magnetische Speicher in der Nanoelektronik eingesetzt werden: Sie lassen sich beliebig oft löschen und überschreiben, verfügen über hohe Schaltgeschwindigkeiten bei geringem Energieverbrauch und benötigen nur einen Bruchteil des Platzes herkömmlicher Speicherzellen.

Originalveröffentlichung:
G.M. Müller, J. Walowski, M. Djordjevic, G.X. Miao, A. Gupta, A.V. Ramos, K. Gehrke, V. Moshnyaga, K. Samwer, J. Schmalhorst, A. Thomas, A. Hütten, G. Reiss, J.S. Moodera & M. Münzenberg: Spin polarization in half-metals probed by femtosecond spin excitation, Nature Materials 8, 56 – 61 (2009)
Kontaktadresse:
Markus Münzenberg,
Georg-August-Universität Göttingen,
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