Elektronenspins im Gleichschritt

In Kohlenstoffröhrchen lässt sich der Spin von Elektronen exakt kontrollieren. Daraus könnten sich neue Möglichkeiten für die Informationstechnologie ergeben.

Elektronenspins richten sich in Kohlenstoffröhrchen aus
Elektronenspins richten sich in Kohlenstoffröhrchen aus

Kopenhagen (Dänemark) - Herkömmliche Computerchips basieren auf dem Transport von Ladung. Indem Elektronen von einem Ort zum anderen fließen, übertragen sie Informationen. Neben der Ladung haben Elektronen noch ein anderes Merkmal, das sich zur Informationsspeicherung und -übertragung eignet: Den so genannten Spin. Anschaulich erzeugt diese quantenmechanische Eigenschaft der Elektronen ein Magnetfeld ähnlich dem eines winzigen Stabmagneten. Zukünftige "spintronische" Chips könnten Daten schneller verarbeiten und würden dabei weniger Energie benötigen. Das Problem: Bisher lässt sich der Spin von Elektronen nur schwer exakt manipulieren. Ein Schritt zur besseren Kontrolle des Elektronenspins ist nun Forschern von der Universität Kopenhagen gelungen. Dazu haben sie das Verhalten von Elektronen in Kohlenstoffröhrchen untersucht.

Liegt Kohlenstoff in Röhrchenform vor, beeinflusst die Bewegung der Elektronen ihren Spin: Wenn sich die Elektronen in Kreisen im Röhrchen bewegen, richten sich ihre Spins alle parallel zu den Wänden des Röhrchens aus. Bisher hatten andere Arbeitsgruppen diesen Effekt nur für einzelne Elektronen in perfekten Kohlenstoffröhrchen zeigen können. In der neuen Studie kontrollierten die Forscher dagegen viele Elektronen, und die Spinkontrolle funktioniert auch mit verunreinigten Kohlenstoffröhrchen. Das ist vielversprechend für zukünftige Anwendungen, denn jedes realistische Computerbauteil weist Verunreinigungen auf. Außerdem hängt die Ausrichtung der Spins auch davon ab, wie viele Elektronen sich im Kohlenstoffröhrchen befinden, was ganz neue Möglichkeiten für die Manipulation von Spins eröffnet.