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pte20200706016 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

Spinstrom löst Energieproblem beim Datentransfer

Magnetisches Moment verringert Stromverbrauch - Informationstechnik vor dem vollkommenen Umbruch


Spinstrom: Erleichtert Datentransfer (Foto: APS Physics)
Spinstrom: Erleichtert Datentransfer (Foto: APS Physics)

Exeter/Oxford/Berkeley (pte016/06.07.2020/12:30) - Forscher der Universitäten Exeter http://exeter.ac.uk, Oxford http://ox.ac.uk sowie der University of California in Berkeley http://berkeley.edu haben einen entscheidenden Schritt auf dem Weg hin zu einer stromsparenden Datenübertragung gemacht. Künftig sollen diese nicht mehr durch elektrische Ströme transportiert werden, sondern durch die Spins der Elektronen. Beim Spin handelt es sich um ein magnetisches Moment, dessen Ausrichtung von magnetischen oder elektrischen Feldern beeinflusst werden kann. In Position "Eins" steht der Spin für die digitale "Null", in Position "Zwei" für die digitale "Eins".

Auch drahtlose Übertragung

Die Forscher haben kürzlich entdeckt, dass einige elektrisch isolierende, antiferromagnetische Materialien außergewöhnlich gute Leiter für den so genannten Spinstrom sind. Dieser besteht aus Elektronen, die keine elektrische Ladung, sondern nur Spins transportieren. Diese Materialien weisen zwar Magnetismus im Inneren auf. Dieser wird jedoch von den jeweiligen Nachbarregionen kompensiert, sodass die Werkstoffe nach außen nicht magnetisch sind.

Experimentell wiesen die Wissenschaftler nach, dass dünne Schichten aus Nickeloxid, einem Antiferromagneticum, hochfrequente Spinströme im Gigahertzbereich leiten und sie manchmal sogar verstärken. Praktischerweise funktioniert das bei Raumtemperatur, sodass eine Kühlung, die wiederum Energie verschlingen würde, überflüssig ist. Die Datenübertragung via Spin funktioniert auch drahtlos, lässt sich also auch für den Mobilfunk nutzen.

"Spinverstärker in Nanogröße"

Maciej Dabrowski, der an der University of Exeter forscht und Erstautor des Beitrags in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" ist, sagt, das Team habe gezeigt, dass der Transfer von magnetischen Momenten zwischen den Spins der Elektronen und dem Kristallgitter des antiferromagnetischen Materials in dünnen Nickeloxidfilmen möglich ist. "Das öffnet uns die Tür zum Bau von Spinverstärkern in Nanogröße." Damit ist es prinzipiell möglich, Spinströme, die Informationen enthalten, über weite Entfernungen zu transportieren.

Energie sparen ist in der Informationstechnologie von entscheidender Bedeutung. Heute schon übertrifft der Energieverbrauch in diesem Bereich den des weltweiten Luftverkehrs. Im Jahr 2025 könnte sie, wenn sich nichts Grundsätzliches ändert, bereits den weltweiten Straßenverkehr hinter sich lassen.

(Ende)
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