Spintronik: Licht schaltet magnetische Quantenpunkte

Prozess eröffnet Weg zu spintronischen Computerchips, die Daten verarbeiten und zugleich dauerhaft speichern können

Duisburg/Seattle (USA) - Ob Metalloxide oder heiße Plasmen: Weltweit suchen Forscher nach geeigneten Materialien für ultraschnelle und dabei winzigen Computerchips der Zukunft. Deutsche und amerikanische Wissenschaftler setzen nun auf halbleitende Quantenpunkte, in denen sie den magnetischen Spin auf atomarer Ebene schalten und kontrollieren können. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, gelang dieses Kunststück nun mit kurzen Lichtpulsen. Auf diesen Prozesse könnten Prozessoren aufbauen, die Daten nicht nur verarbeiten, sondern zugleich auch ohne Stromfluss sicher speichern.

"Die photomagnetischen Effekte konnten wir in einem weiten Bereich, von tiefen Minusgraden bis zur Raumtemperatur beobachten", schreiben Gerd Bacher von der Universität Duisburg-Essen und seine Kollegen von der University of Washington in Seattle. Möglich machten sie das Schalten magnetischer Spins in winzigen Quantenpunkten aus dem Halbleiter Cadmiumselenid, die kleiner waren als zehn Millionstel Millimeter. In diese bauten sie einzelne Mangan-Ionen ein, mit denen sich die Magnetisierbarkeit signifikant steigern ließ. Mit ultravioletten Lichtpulsen (365 Nanometer Wellenlänge) ließen sich die Magnetspins gezielt ausrichten. Ein Phänomen, das prinzipiell zum Verarbeiten digitaler Daten geeignet ist.

Das Schalten von Magnetspins funktioniert nun nicht mehr nur bei tiefkalten Temperaturen, sondern sogar bei Raumtemperatur. Dadurch hat dieses Ergebnis eine große Bedeutung für mögliche Anwendungen. Denn Computerchips, die permanent tiefgekühlt werden müssten, sind für den alltäglichen Gebrauch nicht geeignet. "Es eröffnet einen völlig neuen Zugang zur Mikroelektronik, wenn man Spins statt Ladungen für die Datenverarbeitung nutzen kann", sagt Daniel Gamelin, der ebenfalls an der Entwicklung dieser schaltbaren Quantenpunkte beteiligt war.