Grundlagen

Was istSpintronik?

Die wissenschaftliche Spintronik nutzt den Spin des Elektrons und spinabhängige physikalische Zustände technisch. Unsere Spintronik Technologie greift den übergeordneten Gedanken auf, dass physikalische Ordnung die Eigenschaften eines Systems beeinflussen kann, und führt diesen Gedanken in einem eigenen technologischen Ansatz weiter. Dabei unterscheiden wir klar zwischen etablierten Mechanismen wie GMR oder TMR und unserem eigenen technologischen Ansatz.

  • Lesezeit 3 Minuten
  • Thema Elektronenspin, GMR, TMR, physikalische Ordnung
  • Einordnung Wissenschaftliche Grundlagen und Übergang zu unserem Ansatz

Die klassische Elektronik nutzt vor allem die elektrische Ladung von Elektronen, um Informationen zu übertragen und zu verarbeiten. Die wissenschaftliche Spintronik, international meist Spintronics genannt, berücksichtigt zusätzlich den Spin des Elektrons und das damit verbundene magnetische Moment.

Der Spin ist eine quantenmechanische Eigenschaft. Anschaulich kann man sich Elektronen deshalb vereinfacht als sehr kleine magnetische Einheiten mit unterschiedlichen Orientierungen vorstellen. Dieses Bild dient jedoch nur dem Verständnis: Der Spin ist keine tatsächliche mechanische Drehung des Elektrons.

In spintronischen Bauteilen werden Ausrichtung, Transport und Wechselwirkung spinabhängiger Zustände gezielt genutzt. Häufig kommen dabei sehr dünne magnetische und nichtmagnetische Schichten zum Einsatz. Je nach relativer magnetischer Ausrichtung können sich messbare Eigenschaften eines Bauteils verändern, beispielsweise sein elektrischer Widerstand.

Für uns ist daran ein Gedanke besonders wichtig: Nicht allein das Material selbst ist entscheidend. Auch sein physikalischer Zustand und seine Ordnung können sein Verhalten beeinflussen.

Genau an diesem Punkt sehen wir die konzeptionelle Verbindung zu unserer eigenen Spintronik Technologie. Wir haben den Gedanken technisch nutzbarer physikalischer Ordnung weitergedacht und auf andere Materialien und technische Systeme übertragen.

Dabei gilt: Wir setzen unseren Ansatz nicht mit den etablierten Mechanismen der wissenschaftlichen Spintronik gleich. Welche mikrophysikalischen Prozesse bei unserer Technologie im Einzelnen stattfinden und welche Rolle spinbezogene Ordnungszustände dabei spielen, ist wissenschaftlich noch nicht abschließend geklärt.

Die etablierte Spintronik zeigt: Physikalische Ordnung kann technisch relevant sein. Genau diesen Gedanken haben wir für unseren eigenen technologischen Ansatz weitergedacht.

Etablierte Spintronik

Wie physikalische Zuständenutzbar wurden.

Drei Stationen auf dem Weg von der Grundlagenforschung zu etablierten Anwendungen in Sensorik und Speichertechnik.

  1. 1988

    Die Entdeckung

    Ein entscheidender Durchbruch gelang 1988 mit der Entdeckung der Riesenmagnetoresistenz (Giant Magnetoresistance, GMR) durch die Forschungsgruppen um Albert Fert und Peter Grünberg.

    Sie zeigten, dass sich der elektrische Widerstand nanometerdünner magnetischer Schichtsysteme deutlich verändern kann, wenn sich die magnetische Ausrichtung der beteiligten Schichten ändert.

  2. 2007

    Der Nobelpreis

    Für die Entdeckung des GMR-Effekts erhielten Albert Fert und Peter Grünberg 2007 gemeinsam den Nobelpreis für Physik.

    Der Nobelpreis wurde ausdrücklich für die Entdeckung des GMR-Effekts verliehen.

  3. Heute

    Im Speicher

    Eine weitere wichtige Entwicklung ist der Tunnelmagnetowiderstand (TMR). Dabei sind magnetische Schichten durch eine extrem dünne Isolationsschicht getrennt. Durch quantenmechanisches Tunneln können Elektronen diese Barriere passieren. Der elektrische Widerstand hängt dabei von der relativen magnetischen Ausrichtung der Schichten ab.

    Solche magnetischen Tunnelkontakte bilden eine wichtige Grundlage moderner magnetischer Speichertechnologien. Ein bekanntes Beispiel ist MRAM. Dabei werden Informationen in magnetischen Zuständen gespeichert, die auch ohne dauerhafte Stromversorgung erhalten bleiben können.

    Damit zeigt die wissenschaftliche Spintronik beispielhaft, dass definierte magnetische und spinabhängige Zustände technisch genutzt werden können, um Informationen zu speichern und auszulesen.

Gemeinsamer Grundgedanke

Ordnung verbindet. Der Ansatz ist eigenständig.

Die wissenschaftliche Spintronik zeigt, dass Ausrichtung und Ordnung spinabhängiger physikalischer Zustände messbare Eigenschaften technischer Systeme beeinflussen können. Genau dieser Grundgedanke ist auch für unsere Entwicklung zentral: Physikalische Ordnung kann technisch relevant sein.

Unsere Spintronik Technologie greift diesen Gedanken auf und führt ihn in einem eigenen technologischen Ansatz weiter. Dabei arbeiten wir mit speziell vorbereiteten Trägermaterialien, die elektromagnetisch behandelt und an die jeweilige Anwendung angepasst werden.

Wir behaupten dabei keine Identität mit GMR, TMR oder anderen etablierten spintronischen Mechanismen. Welche mikrophysikalischen Prozesse bei unserem Ansatz im Einzelnen wirken und welche Rolle spinbezogene Ordnungszustände dabei spielen, ist wissenschaftlich noch nicht abschließend geklärt.

Gemeinsamer Gedanke: Ordnung. Eigener Weg: unsere Spintronik Technologie.