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Peter Grünberg, Nobelpreisträger 2007 für GMR: die am schnellsten in den Alltag übertragene physikalische Entdeckung der Geschichte
Peter Grünberg, Nobelpreisträger 2007 für GMR: die am schnellsten in den Alltag übertragene physikalische Entdeckung der Geschichte (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Festplatte mit Spin

Zunächst kam mit der Erfindung des Transistors der Tunneleffekt ins Spiel. Das ist nicht unbedingt von den Erfindern so gewollt: Der Tunneleffekt bewirkt, dass mit sinkender Höhe einer Barriere die Chance oder das Risiko steigt, dass diese von einem Ladungsträger überwunden wird. Beim Feldeffekt-Transistor bildet oder verringert, je nach Bauform, zum Beispiel ein elektrisches Feld diese Barriere, beim Bipolartransistor ist ein geringer Stromfluss die Ursache. Ungewollte Auswirkungen bringt der Tunneleffekt hier mit sich, weil er auch für Leckströme verantwortlich sein kann - in der Quantenphysik sind eben alle Vorgänge mit Wahrscheinlichkeiten verknüpft und lassen sich nicht einfach komplett ein- oder ausschalten.

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Eine physikalische Eigenschaft, die es in der klassischen Physik nicht gibt, ist der Spin. Diese - populär ausgedrückt - Eigendrehung von Teilchen hat beim Elektron, dem klassischen Ladungsträger der Elektronik, den Wert 1/2. Er kann nach oben und nach unten gerichtet sein, andere Möglichkeiten gibt es nicht. Das ruft natürlich geradezu danach, in der IT als zusätzliche Information neben der Ladung genutzt zu werden. Das Fachgebiet der Spintronik beschäftigt sich damit.

Spintronik hat die Elektronik nicht abgelöst

Praktische Anwendungen wurden von den Ingenieuren schon länger versprochen, bleiben aber bislang aus, vor allem, weil die Miniaturisierung der herkömmlichen Elektronik bisher immer wieder für unüberwindbar gehaltene Grenzen überschreitet. Doch auch wenn die Spintronik die Elektronik nicht abgelöst hat, findet der - mit dem magnetischen Moment und damit der Magnetisierung eines Materials verknüpfte - Spin längst weitreichende Anwendung, in Festplatten etwa.

Dort nutzt man seit einiger Zeit den Riesenmagnetowiderstand (GMR, Giant Magneto Resistance): Dieser quantenphysikalische Effekt bewirkt, dass sich der elektrische Widerstand einer Struktur über die Magnetisierung darüber und darunter liegender Schichten beeinflussen lässt. Peter Grünberg (Jülich) und Albert Fert (Paris) haben 2007 für diese Entdeckung aus dem Jahr 1988 den Nobelpreis für Physik erhalten. Es handelt sich vermutlich um die am schnellsten in den Alltag übertragene physikalische Entdeckung der Geschichte. Schon 1997 stellte IBM die erste kommerzielle GMR-Festplatte vor. Die Technik ermöglichte einen enormen Sprung in der Speicherdichte von Festplatten und ist heute Standard. Die Anwendung in Speicherchips als MRAM will sich hingegen - vor allem aus Kostengründen - nicht so recht durchsetzen, obwohl es bereits einen kommerziellen Anbieter dafür gibt.

Ein Forschungsgebiet mit Zukunft sind die Supraleiter.

 Anwendungen für Quantencomputer: Der Spuk in Ihrem ComputerHat Denken eine quantenphysikalische Komponente? 

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Komischer_Phreak 13. Jul 2017

++ Stimme zu. Allerdings ist dieser Trend auch bei wissenschaftlichen Publikationen...

_PyroPanda_ 11. Jul 2017

Was soll eine Ausbreitung des elektrischen Feldes sein? Felder haben an jeden Ort und zu...



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