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HZDR entdeckt 1_2012

entdeckt 01.12 TITEL WWW.Hzdr.DE tatsächlich kontrolliert. Das Zusammenspiel zwischen spin- polarisierten Strömen und Nano-Magneten könnte dann sowohl zum Lesen wie zum Schreiben von Informationen dienen. Aktive Spins Magnetoelektronische Bausteine müssen klein sein, damit Spin-Zustände überhaupt eine aktive Rolle spielen können. Die Nano-Strukturen, mit denen sich die Gruppe von Alina Deac beschäftigt, haben einen Durchmesser von unter 100 Nanometern. Das Team untersucht im Detail, wie ein spin- polarisierter Strom – statt einem äußeren magnetischen Feld – ein MRAM-Bit schreiben kann. Das heißt einerseits, dass der elektrische Stromfluss ma- gnetisch kontrolliert und geschaltet wird und dass die Spin-Polarisation andererseits stark genug ist, um ihrerseits einen Magneten zu beeinflussen. Im Prinzip kann man also mit einem genügend großen Spinstrom die freie magnetische Schicht des MRAMs zwischen den Ausrichtungen „0“ und „1“ umschalten, je nachdem ob der diese Schicht durchfließende Spinstrom parallel oder antiparallel zum fixierten Nano-Mag- neten ausgerichtet ist. Spin-Zustände und Nano-Magnete in der Zukunft Magnetische Nano-Säulen, wie sie Deacs Gruppe herstellt und untersucht, haben auch erstaunliche Hochfrequenz- Eigenschaften, was daran liegt, dass ein spin-polarisierter Strom die nicht-fixierte Schicht zum Oszillieren zwischen zwei bevorzugten Werten bringen kann. So entsteht eine Wechselspannung. Die Frequenz dieses Signals ähnelt der von Mobiltelefonen genutzten Frequenz. Anders als bei den heute gebräuchlichen Handykomponenten, die nur mit einer festen Frequenz arbeiten, erzeugen solche Spin-Oszillatoren Signale, deren Frequenzen mit dem Stromfluss ‚getunt’ werden könnten. Außerdem sind die Nano-Säulen im Durchmesser um das Zehnmillionenfache kleiner. Auf dieser Basis könnte man ein intelligentes Handy entwickeln, das auf einem Frequenz- band automatisch einen freien Kommunikationskanal sucht, vergleichbar mit einem Radio, das sich auf den nächsten Sender einstellt. Damit könnten Mobiltelefone der Zukunft auch in besonderen Situationen – also etwa im Katastrophen- fall – zuverlässig arbeiten. Die Vorteile von spinelektronischen Bauelementen sind neben der weiteren Miniaturisierung die Beschleunigung von Speichervorgängen, die Erhöhung der Haltbarkeit der Daten und der geringere Energieverbrauch. Schließlich könnten sie auch ganz neue Anwendungen ermöglichen, wie 3D-Videokon- ferenzen oder Unterhaltungssysteme, die dreidimensionale Videobilder in jedes Wohnzimmer zaubern – man stelle sich dies wie Hologramme vor, die uns umgeben, während wir auf unserem Lieblingssessel sitzen –, doch ist dazu noch viel Grundlagenverständnis in Bezug auf die prinzipiellen physika- lischen Gesetze vonnöten. Dieses Verständnis muss sich dann auch auf bisher unerforschte Materialien erstrecken. Rumänien, Frankreich, Japan... Die rumänische Physikerin Alina Maria Deac entdeckte während ihrer Doktorarbeit die Faszination, die von den damals gerade neu entdeckten Spin-Transport-Phänomenen ausging. Im französischen Grenoble jedenfalls untersuchte sie zunächst supraleitende Materialien am Europäischen Synchrotron (ESRF), als sie, finanziert von der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, ihr Masterstudium an der Uni- versität Joseph Fourier absolvierte. Die Promotionsstudentin unterstützte die CEA (Commissariat a l’Energie Atomique), für die anschließende Post Doc-Phase am japanischen AIST- Institut (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) bewarb sich Deac erfolgreich um ein Langzeit-Sti- pendium der Japanischen Gesellschaft für die Unterstützung der Wissenschaften (JSPS). In Tsukuba und Osaka arbeitete sie unter anderem mit dem Spin-Experten Shinji Yuasa zu- sammen, der eine der beiden unabhängigen Arbeitsgruppen leitete, die als erste den Riesentunnelmagnetowiderstand in der Isolatorschicht Magnesiumoxid entdeckten. Diesen Effekt nutzen heutige Leseköpfe auf Computer-Festplatten. „In Japan stand ich plötzlich alleine da, nach fünf Jahren in Grenoble.“, erinnert sich Deac. Dennoch blieb sie fast zwei Jahre und fand es „großartig“. „Danach erst erlebte ich so etwas wie einen Kulturschock, als es mich nämlich ins ameri- kanische Boulder/Colorado zog.“ Sie stellte ihre zwei High- Tech-Fahrräder aus Japan in die riesige Garage, die in Boulder zu ihrer Wohnung gehörte, und musste viele Fragen beantwor- ten, warum sie im Land der großen Entfernungen nicht lieber Auto fahren wollte. Den zweijährigen Aufenthalt am dortigen NIST-Institut (National Institute for Standards and Technology) Nachwuchsgruppe Spintronik: Die Nachwuchsgruppe Spintronik besteht neben Alina Deac, Spintronik-Expertin und Nachwuchsgruppen-Leiterin, derzeit aus zwei Postdoktoranden, einer Doktorandin und zwei Gastwissenschaftlern.

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