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entdeckt 01/2014 - Neue Konzepte für die Informationstechnik

entdeckt 01 .14 PORTRÄT WWW.Hzdr.DE LEITER: Helmut Schultheiß baut im HZDR eine Emmy Noether- Nachwuchsgruppe auf. // Noch ist es eine Vision, doch Physiker des HZDR forschen bereits daran: Spinwellen sollen Mikroprozessoren zu mehr Leistung verhelfen. Schnelle Datenverarbeitung und geringer Energieverbrauch – diese Forderungen an Mikroprozessoren werden immer drängender. Der Computer der Zukunft soll mit noch höherer Taktfrequenz rechnen und dabei weniger Strom schlucken und keine Wärme produzieren. Möglich wird dies mit ganz neuen Konzepten für die Informationsverarbeitung: Anstelle von Elektronen könnten künftig Spinwellen zur Datenverar- beitung genutzt werden. Am HZDR baut Helmut Schultheiß derzeit eine Nachwuchsgruppe auf, die genau diesen Weg beschreiten möchte. „Jedes Elektron hat ein magnetisches Moment, den sogenannten Spin“, beschreibt der Physiker das zugrundeliegende Phänomen. „In einem Ferromagneten kann man diese Spins so anregen, dass sie eine Welle bilden.“ Diese heißen in der Fachsprache Magnonen. Mithilfe solcher Wellen kann man Informationen weitergeben – und zwar viel schneller als mit Elektronen, die durch Leiterbahnen und Bauelemente fließen. „Die Magnonik erlaubt eine wahnsinnig schnelle Signalverarbeitung auf sehr kleiner Längenskala“, unterstreicht Schultheiß. „Magnonen haben Frequenzen bis in den Terahertz-Bereich!“ Seit Juni 2013 forscht der gebürtige Pfälzer in Dresden an neuartigen Materialien, die einen optimalen Spinwellen-Trans- port ermöglichen. Am Ionenstrahlzentrum und mit Elektronen- strahl-Lithografie werden die Materialien so präpariert, dass die Forscher Spinwellen in verschiedenen Frequenzbereichen anregen können. Dann wollen sie die Spinwellen so manipu- lieren, dass diese sich überlagern und dabei auslöschen oder verstärken. So lassen sich Logikbausteine wie zum Beispiel Schalter konstruieren. „Ferromagnetische dünne Schichten sind schon jetzt die Basis in der Informationsverarbeitung“, weiß Helmut Schultheiß und erwähnt den GMR-Effekt, der 1988 entdeckt wurde und auf dem heute die Funktionsweise des Schreib-Lese-Kopfes einer Festplatte basiert. „Durch Nutzung von Spinwellen in solchen Schichten kann man die Grenzen der gegenwärtigen Elektronik überwinden.“ Erzeugen lassen sich die Spinwellen auf verschiedenen We- gen: Mikrowellenfelder kommen infrage, aber auch sogenann- te spin-polarisierte Ladungsströme. „Außerdem wollen wir un- tersuchen, ob wir mit Licht Spinwellen anregen können“, sagt Schultheiß, der vor kurzem in das Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft aufgenommen wurde. Das gibt ihm die Möglichkeit, sein ambitioniertes Forschungs- programm mit einer eigenen Nachwuchsgruppe anzugehen. Aus dem Programm fließen auch Gelder in die Ausstattung der Labore, wo die Physiker derzeit spektroskopische Geräte aufbauen, mit denen sie die Spinwellen vermessen können. _Text . Uta Bilow Neue Konzepte für die Informationstechnik Kontakt _Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR Dr. Helmut Schultheiß h.schultheiss@hzdr.de

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