US-Wissenschaftler entwickeln auf Elektronenspin basierenden Speicher

Forscher von der Ohio State University haben laut einer Mitteilung der Universität einen Speicherbaustein aus Kunststoff entwickelt, der den Elektronenspin ausnutzt, um Daten zu speichern und zu lesen. Die Ergebnisse der Forschungen von Physikprofessor Arthur Joseph Epstein und seinen Kollegen sind in der Zeitschrift „Nature Materials“, Ausgabe 9/2010, nachzulesen.

Der Prototyp eines Spintronik-Gerätes benötigt keine experimentellen Herstellungsverfahren, schreiben die Wissenschaftler. Man könne ihn mit Techniken der heutigen Mainstream-Computerindustrie herstellen. Der Speicherbaustein bestehe aus einem dunkelblauen Magneten aus organischem Material, der mit einem Metallmagneten beschichtet und mit zwei elektrischen Leitern verbunden ist. Indem die Forscher den Spin der Elektronen über ein magnetisches Feld beeinflussen, schreiben sie Daten oder lesen sie wieder vom Chip.

Epstein und seine Mitarbeiter beschreiben den Prototyp als Hybridkonstruktion, die aus einem Halbleiter aus organischem Material und einem speziellen magnetischen Polymer-Halbleiter besteht. Die Konstruktion sei ein Zwischenprodukt, das eine Brücke zwischen den heutigen Computern und kommenden komplett aus Kunststoff bestehenden Spintronik-Rechnern schlägt, welche die Forscher noch entwickeln wollen.

Spintronik-Geräte sollen nach dem Wunsch ihrer Anhänger die heute verwendete Mikroelektronik ablösen. Man verspricht sich von ihnen einen geringeren Stromverbrauch und hält sie für schnellere und verlässlichere Datenspeicher.

Wie auch bei der herkömmlichen Mikroelektronik benutzt man bei der Spintronik den Elektronenfluss, um Signale und logische Zustände zu repräsentieren. Während man sich bei der konventionellen Elektronik auf die Ladung des Elektrons verlässt, polarisiert man bei der Spintronik die Elektronen und liest deren Orientierung aus. Wissenschaftler sprechen bei der Orientierung von den Zuständen „Spin up“ und „Spin down“. Mit diesen Spins kann man eine binäre Logik abbilden.

„Spintronik wird häufig nur als eine Methode gesehen, mehr Informationen aus einem Elektron herauszubekommen. In Wahrheit geht es um die nächste Generation der Elektronik“, sagte Epstein. „Mit Spintronik können wir viele Probleme heutiger Computer lösen.“

Typische Computerkomponenten benötigten viel Energie und erzeugten dadurch viel Wärme. Das schränke die Chiphersteller ein, weil sie die Schaltkreise nicht beliebig dicht packen könnten, um eine Überhitzung zu vermeiden. Den Spin eines Elektrons zu ändern benötige weniger Energie und erzeuge fast keine Wärme, erklärte Epstein. Spintronik-Geräte könne man deshalb mit kleineren Akkus betreiben. Wenn sie aus Kunststoff hergestellt würden, seien sie außerdem leicht und biegsam.

„Denken Sie an Soldaten im Einsatz, die schwere Akkupacks mit sich herumtragen, oder an den typischen Außendienstler, der von Meeting zu Meeting fährt. Wenn wir leichtere Spintronik-Geräte hätten, die mit weniger Energie auskommen, und wenn wir sie mit biegsamen Kunststoff-Displays ausstatteten, könnten Soldaten und alle anderen Anwender sie einfach zusammenrollen und mitnehmen. Diese mobile Technik sehen wir als vielversprechende Plattform, um den Menschen zu helfen“, sagte Epstein.

US-Wissenschaftler entwickeln auf Elektronenspin basierenden Speicher (Bild: US Department of Energy – PNNL).