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»Bismuten« bringt den Durchbruch

Spintronics bei Raumtemperatur

11. Juli 2017, 6:43 Uhr | Heinz Arnold

Schematische Darstellung der leitfähigen Randkanäle an den Begrenzungen der Bismuten-Schicht. Die Randkanäle schützen die Spins gegen Streuung, und erlauben so eine verlustfreie und effiziente spinbasierte Datenübertragung.

Ultradünn, am Rand elektrisch leitend und im Inneren hochgradig isolierend: Dieses neue Material macht Spintronics möglich – bei Raumtemperatur!

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Auf dem Spin basierte Datenverarbeitung – Spintronics – würde für die Informationstechnologie einen entscheidenden Fortschritt bedeuten, allerdings gab es bisher einen großen Nachteil: Sie funktionierte meist nur bei Temperaturen unter -270 °C. »Mögliche Anwendungen, beispielsweise für ultraschnelle Elektronik oder in einem Quantencomputer, sind unter solchen Bedingungen natürlich nicht besonders praktikabel«, sagt Privatdozent Dr. Jörg Schäfer vom Lehrstuhl für Experimentelle Physik 4 der Universität Würzburg.

Jetzt ist Würzburger Wissenschaftlern ein Durchbruch gelungen, der Spintronics Anwendungsfelder unter realistischen Bedingungen bei Raumtemperatur ermöglicht.

Dazu ein kurzer Blick auf das besondere Material, Bismuten genannt: Isolierend ist es, weil die Elektronen stark an die Atome gebunden bleiben. An ihrer Oberfläche jedoch hat die Natur sie aufgrund von Quanteneffekten mit einer leitfähigen Hülle versehen.

Den Durchbruch bring ein zweiter Effekt: der Spin des Elektrons, über den sich Informationen sehr effizient übertragen lassen, bleibt bei der Bewegung durch die Oberflächenkanäle erhalten. »Derartige Leitungskanäle sind topologisch geschützt, das heißt, mit ihnen kann man nahezu verlustfrei Informationen übertragen«, erklärt Prof. Ralph Claessen vom Lehrstuhl für Experimentelle Physik IV der Universität Würzburg.