my.chemie.de
Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.
Laserpulse führen einem magnetischen Eisenfilm (grün) Energie zu. Dies erzeugt Spinstrompulse in der zweiten, nichtmagnetischen Schicht des Systems (blau), weil Elektronenspins in Abhängigkeit von ihrer Orientierung (orange Pfeile: „Up“, blaue Pfeile: „Down“) unterschiedlich häufig in diese Schicht übertreten.
09.04.2013: Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Rechner. Die Forschungsergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ nachzulesen.
Unsere Anforderung an die Rechengeschwindigkeit von Computern steigt stetig, ebenso der weltweite Energieverbrauch durch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien. Einen vielversprechenden Ansatz, langfristig schnellere und energieeffizientere Rechner zu verwirklichen, könnte die Spintronik bieten. Sie sieht elektronische Bauteile vor, bei denen die Eigenrotation (der „Spin“) von Elektronen zusätzlich zu ihrer Ladung zur Informationsverarbeitung genutzt wird.
Dabei ist es erforderlich, Spininformation in kürzester Zeit innerhalb einer Recheneinheit transportieren zu können. Dies geschieht in kleinen Paketen, Pulsen von Strömen mit nur einer Spinsorte. Dazu ist es unter anderem nötig, diese Spinströme mit einer exakt kontrollierten Frequenz und Geschwindigkeit zu erzeugen.
Wissenschaftlern vom Forschungszentrum Jülich, dem Fritz-Haber-Institut Berlin, der Universität Uppsala, der Georg-August-Universität Göttingen sowie dem Helmholtz-Zentrum Berlin ist dies durch die gezielte Kombination von magnetischen und nichtmagnetischen Metallen gelungen. Die von ihnen erzeugten Spinstrompulse erreichten extrem schnelle Terahertz-Frequenzen (1 THz = 1012 Hz = 1012 Vorgänge pro Sekunde).
Das internationale Wissenschaftlerteam belichtete ein nur wenige Nanometer dickes Schichtsystem aus Metallen mit 20 Femtosekunden kurzen Laserpulsen – das entspricht einer 20 Billiardstel Sekunde. Die Lichtblitze führen den Elektronen in einer Eisenschicht Energie zu, wodurch ein Teil der Spins kurzzeitig in die Nachbarschicht aus Gold oder Ruthenium wechselt – ein Spinstrompuls entsteht.
„Die Wahl ist auf Gold und Ruthenium gefallen, weil sich Elektronen in diesen beiden Materialien unterschiedlich gut bewegen können und wir deshalb unterschiedliche Spinstrompulse erwartet haben“, erläutert Dr. Frank Freimuth, Mitglied der „Topologischen-Nanoelektronik-Gruppe“ am Jülicher Peter Grünberg Institut/Institute for Advanced Simulation. Der theoretische Physiker hat gemeinsam mit seinen Kollegen aus Jülich und Uppsala dazu beigetragen, die experimentellen Messergebnisse quantitativ verständlich zu machen.
Die Messungen basieren darauf, dass sich die Spinstrompulse mithilfe eines komplexen physikalischen Phänomens, des inversen Spin-Hall-Effekts, in herkömmliche elektrische Strompulse umwandeln lassen, die gemessen werden können. Um daraus die Spinstrompulse zu errechnen, nutzten die Forscher unter anderem ein in Jülich entwickeltes Computerprogramm. Die Daten zeigten wie erwartet kürzere Terahertz-Pulse in der Goldschicht, in der die Elektronen eine höhere Beweglichkeit als im Ruthenium haben.
„Unsere Ergebnisse zeigen einen gangbaren Weg auf, um ultraschnelle Bauteile mittels Spintronik zu entwickeln“, freut sich Prof. Yuriy Mokrousov, Leiter der „Topologischen-Nanoelektronik-Gruppe“. Die Gruppe plant nun, die Materialauswahl weiter zu verfeinern, um aus den Spinstrompulsen noch stärkere Terahertz-Signale zu erzeugen. Außerdem planen die Forscher, die Physik der Spinströme bei ultrahohen Frequenzen weiter zu erforschen mit dem Ziel, den Verlauf der Terahertz-Signale besser einstellen zu können.
Originalveröffentlichung:
T. Kampfrath, M. Battiato, et al., Terahertz spin current pulses controlled by magnetic heterostructures, Nature Nanotechnology, 2013
Kontakt / Infos anfordern
Fordern Sie gratis weitere Informationen an:
Merkliste
Hier setzen Sie die nebenstehende News auf Ihre persönliche Merkliste
Zusatzinformationen
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Mit „GALAXI“ Nanokristalle untersuchen
Ein verdientes Forschungsinstrument ist nach Jülich zurückgekehrt und hat am Peter Grünberg Institut einen neuen Platz gefunden. Mit der Röntgenkleinwinkelstreuanlage namens „GALAXI“ wollen die Forscher im Institutsbereich Streumethoden die Selbstorganisation magnetischer Nanokristalle unte ... mehr
Jülich an neuem Batterieforschungsprojekt beteiligt
Im Forschungsverbund „MEET Hi-EnD“ arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, Batterien mit deutlich höheren Energiedichten zu entwickeln. Ziel: ein breiter Einstieg in die Elektromobilität. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt im Rahmen d ... mehr
Forschungszentrum Jülich GmbH, Projektträger Jülich
Forschungsförderung im Auftrage der Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF), Wirtschaft (BMWA), Umwelt (BMU) sowie verschiedener Bundesländer. mehr
Das Forschungszentrum Jülich betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie & Umwelt sowie Informationstechnologie. Kombiniert mit den beiden Schlüsselkompetenzen Physik und Supercomputing werden in Jül ... mehr
Forschungszentrum Jülich GmbH, Projektträger Jülich
Erfolgreiche Wissenschaft braucht mehr als gute Forschung. Damit öffentliche Förderprogramme ihre Ziele erreichen, Industriepartner und Forschungseinrichtungen gewinnbringend zusammenarbeiten und Forscher über Fördermöglichkeiten in ihrem Arbeitsfeld gut informiert sind, ist Sachverstand im ... mehr
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Molekülstöße in Zeitlupe verbessern das Verständnis chemischer Reaktionen
Nie zuvor konnten Wissenschaftler die Wechselwirkung zwischen zwei reaktionsfreudigen Molekülen so detailliert studieren: Einem Team aus Forschern des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin, der Radboud University in Nijmegen und des Institute of Atomic and Molecular Sc ... mehr
Glas macht Dinge sichtbar, nur wie es in seinem Inneren aussieht, hat es bislang gut verborgen – zumindest, wenn es um die genaue Position der Atome geht. Wissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin haben jetzt erstmals das Netz aus Silizium- und Sauersto ... mehr
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Eine Goldmine für die Nanoelektronik
Im Fundus der Natur finden sich noch vielseitigere Materialien als bislang angenommen. Ein Team um Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart hat nun entdeckt, dass es sich bei dem Mineral Kawazulit um einen topologischen Isolator handelt. Solche Materiali ... mehr
Chemiker der Universität Jena verpacken Wirkstoffdepot in Nanopartikel mit „Lichtschalter“: es ist ihnen erstmals gelungen, Metallkomplexe, die durch gezielte Bestrahlung mit UV- und blauem Licht Stickstoffmonoxid freisetzen können, in Nanopartikel zu verpacken. Damit ebnen sie den Weg für ... mehr
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Max-Planck-Institute betreiben Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit. Die Max-Planck-Gesellschaft greift insbesondere neue, besonders innovative Forschungsrichtungen auf, die an den Universitäten in Deutschland noch keinen od ... mehr
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Designzellen produzieren erneuerbare Energie
Wasserstoff wäre ein idealer Energieträger, gäbe es da nicht einen Haken: Momentan wird er überwiegend aus fossilen Brennstoffen gewonnen. RUB-Forscher um Prof. Dr. Matthias Rögner vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen arbeiten nun an einer umweltfreundlichen Alternative: Sie nutzen Blaualge ... mehr
Eine Art Trickfilm zeigt eine geordnete Struktur, die sich nach einem Lichtblitz nach und nach in ein wimmelndes Durcheinander auflöst: Schwedische Wissenschaflter von der Universität Uppsala haben den Prozess des Schmelzens von Eis nach Erhitzen mit einem kurzen Laserpuls am Computer simul ... mehr
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Neuer Weg zur Herstellung von Nanomagneten für die Informationstechnologie
Ein internationales Forscherteam hat einen neuen Weg gefunden, molekulare Magnete herzustellen. Ihre dünnen Schichtsysteme aus Kobalt und einem organischen Material könnten den Weg ebnen für die Realisierung leistungsfähigerer Speichermedien und schnellerer und energieeffizienterer Prozesso ... mehr
Der längste freiwillig gestreckte Kohlenwasserstoff
Benzin, Diesel, Paraffin – all diese Erdölprodukte enthalten kettenförmige Kohlenwasserstoffmoleküle, die sich gegenseitig anziehen. Die durchschnittliche Kettenlänge beträgt bei Benzin etwa acht, bei Paraffin hingegen 20 Kohlenstoffatome und mehr. Ohne Nachbarmoleküle muss sich eine Kette ... mehr
Georg-August-Universität Göttingen
Dem kritischen Geist der Aufklärung verpflichtet, wurde die Georg-August-Universität Göttingen 1737 gegründet. Im Laufe ihrer Geschichte gelang es der Georgia Augusta immer wieder, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Weltrang an sich zu binden. Sie haben die internationale Reputati ... mehr
Ultraschnelle Spinstrompulse unter Kontrolle gebracht
Ein internationales Forscherteam hat eine Möglichkeit gefunden, extrem kurze und schnelle Pulse aus Spinströmen kontrolliert zu erzeugen. Mithilfe solcher Pulse im Terahertz-Frequenzbereich könnten die Computer von übermorgen Daten schneller und energieeffizienter verarbeiten als heutige Re ... mehr
Magnetischer Fingerabdruck von Grenzflächendefekten im Photostrom von Siliziumsolarzellen gefunden
HZB-Physiker haben mit einer hochempfindlichen Messmethode an Heterokontakt-Siliziumsolarzellen erstmals wichtige Defektzustände direkt nachgewiesen, denen man schon lange auf der Spur war. Unterstützt durch Computersimulationen, die an der Universität Paderborn erstellt wurden, konnten sie ... mehr
Chemische Reaktion am Katalysator in Echtzeit beobachtet
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern hat am Freie-Elektronenlaser LCLS in Stanford erstmals in Echtzeit beobachtet, wie sich Kohlenmonoxid-Gas an der Oberfläche eines Katalysators genau verhält. Dabei wird ein Teil der CO-Moleküle offenbar dicht über der Oberfläche schwach gebund ... mehr
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ist aus der Fusion des ehemaligen Hahn-Meitner-Instituts Berlin (HMI) und der Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung (BESSY) hervorgegangen. Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft wird das HZB zu 90 Prozent vom Bund und zu 1 ... mehr
Über CHEMIE.DE
CHEMIE.DE betreibt naturwissenschaftliche Fachportale. Ausschließlich online und dies seit mehr als zehn Jahren. Hier erfahren Sie mehr über uns.
Werben bei CHEMIE.DE
Unsere Werbeformen unterstützen Sie dabei Ihre Botschaften klar zu kommunizieren. Zielgruppengenau. Erfahren Sie mehr über unsere Angebote.
© 1997-2013 CHEMIE.DE Information Service GmbH, All rights reserved
Netmeeting
