Spintronik: Neues Material für höhere Speicherdichten

Mainzer Forscher suchen Material mit hoher Spinpolarisation

Eine Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Claudia Felser vom Fachbereich Chemie und Pharmazie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz hat ein neues Material entdeckt, aus dem sich möglicherweise kleinere Datenspeicher mit höheren Speicherdichten bauen lassen. Das Material mit der chemischen Formel Co2Cr0.6Fe0.4Al könnte möglicherweise Silizium als Basis von Computerchips ablösen.

Dabei setzen die Forscher auf Spintronik, ein Konzept zur Verarbeitung von Daten, bei dem nicht nur die elektrische Ladung, sondern auch die Eigenrotation von Elektronen genutzt wird. Dieser so genannte "Spin" stellt eine Drehung des Elektrons um ihre eigene Achse dar. Je nachdem, ob die Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen ihn erfolgt, ist von "Spin Up" oder "Spin Down" die Rede.

Für eine praktische Nutzung soll das eingesetzte Material über eine möglichst hohe Spinpolarisation verfügen, d.h. möglichst viele Elektronen sollen sich in der gleichen Richtung ausrichten. Zudem soll das Material eine hohe Spinpolarisation an der so genannten "Fermi-Kante" aufweisen, eine Art Trennlinie zwischen mit Elektronen besetzten und unbesetzten Zuständen, an der der Strom geleitet wird.

"Das Traummaterial für die Spintronik würde eine hundertprozentige Spinpolarisation an der Fermi-Kante zeigen", erläutert Prof. Felser, die zusammen mit Prof. Dr. Burkard Hillebrands aus Kaiserslautern dem Team aus Chemikern und Physikern vorsteht. "Bis heute hat noch kein geeignetes Material den Weg vom Forschungslabor zur technischen Anwendung geschafft."

Die Forschergruppe um Felser und Hillebrands hofft, bei den halbmetallischen Ferromagneten und hier insbesondere den Verbindungsklassen Heusler-Verbindung und Doppelperowskite fündig zu werden. Vor allem soll das neue Material die gewünschten Eigenschaften auch bei Raumtemperatur zeigen, denn für tiefe Temperaturen sind solche Materialien schon bekannt.

"Entweder war bisher die Spinpolarisation und damit der Magnetwiderstand zu klein oder die so genannte Curie-Temperatur zu niedrig, so dass der Effekt nur bei Temperaturen weit unterhalb der Raumtemperatur auftrat", erklärt Prof. Felser die Schwierigkeiten.

In der Informationstechnologie könnten die neuen Materialien bei Leseköpfen in magnetischen Festplatten, für Positions- und Winkelsensoren sowie magnetisch frei adressierbare Speicher (MRAM) zur Anwendung kommen. Bei Speichermedien könnten somit auf viel weniger Platz mehr Daten gespeichert werden und im Gegensatz zu herkömmlichen Siliziumchips würden die Informationen fest gespeichert und bei einem Stromausfall nicht verloren gehen.