Halbleiter erhalten magnetischen Schub durch neue Methode von Forschern der UCLA
Ein Forschungsteam unter der Leitung des California NanoSystems Institute an der University of California, Los Angeles (UCLA) hat eine neue Methode entwickelt, um magnetische Elemente mit Halbleitermaterialien zu kombinieren – Materialien, die für Computer und andere elektronische Geräte von entscheidender Bedeutung sind.
Die Forscher konnten Halbleitermaterialien mit bis zu 50 % magnetischen Atomen herstellen, während bestehende Verfahren meist auf eine Konzentration von nicht mehr als 5 % beschränkt sind. Mit ihrer Technik schufen sie eine Bibliothek von über 20 neuen Materialien, in denen magnetische Elemente wie Kobalt, Mangan und Eisen mit unterschiedlichen Halbleitern kombiniert wurden, wie UCLA in einem Online-Beitrag mitteilte.
„Die Studie zeigte auch, dass die neue Strategie verwendet werden kann, um magnetische Elemente in Supraleiter zu integrieren – eine Materialklasse, durch die Elektronen unter bestimmten Bedingungen ohne Widerstand fließen können“, heißt es im Beitrag.
„Weitere Experimente fügten magnetische Atome zu topologischen Isolatoren hinzu – Substanzen, die im Inneren als Isolatoren wirken, aber auf ihrer Oberfläche den freien Elektronenfluss ermöglichen.“
Durch Tests mit atomarer Bildgebung und Magnetisierungs-Messungen fanden die Forscher Hinweise darauf, dass die neuen Materialien, die mit Supraleitern und topologischen Isolatoren hergestellt wurden, ihre exotischen Eigenschaften beibehielten und zugleich neues magnetisches Verhalten entwickelten.
Spintronik kommt bereits heute in Technologien wie den Leseeinheiten von Festplatten zum Einsatz. Im Gegensatz zu herkömmlicher Elektronik erzeugen Spintronik-Bauteile keine überschüssige Wärme – ein zentrales Hindernis, wenn mehr Leistung auf kleinerem Raum untergebracht werden soll. Durch die Überwindung dieses Limits könnten Spintronik-basierte Geräte der Zukunft leistungsfähiger, kompakter und energieeffizienter werden – oder sogar ganz neue Fähigkeiten entwickeln.
Die mit der neuen Methode erzeugten magnetischen Materialien könnten zudem als Grundlage für künftige Quantencomputer dienen. Solche Geräte sollen Berechnungen ermöglichen, die heute als unmöglich gelten, komplexe natürliche Phänomene realistisch simulieren und eine unknackbare Cybersicherheit erlauben.
Das Verfahren der Forscher besteht darin, abwechselnd atomar dünne Schichten von Halbleitern und selbstorganisierte Schichten magnetischer Atome übereinander zu stapeln. Diese geschichtete Architektur erlaubt es jedem Bestandteil, seine geordnete Struktur und seine grundlegenden Eigenschaften zu bewahren, während gleichzeitig neue kollektive Effekte entstehen.
Die Technik der UCLA könnte als vielseitige Materialplattform für zukünftige Spintronik-Geräte dienen, die mehr leisten als heutige Elektronik – bei gleichzeitig höherer Energieeffizienz. Ein Beispiel: Künstliche Intelligenz benötigt heute enorme Mengen an Strom und Wasser. Künftige Computer mit Spintronik könnten leistungsstärkere KI-Anwendungen ermöglichen, ohne den problematischen CO₂-Fußabdruck und Ressourcenverbrauch.
