Anzeige
Anzeige
Anzeige
Allgemein | 17 Mai 2010

Neues vom Spin-Hall-Effekt

F√ľr die Entwicklung einer neuartigen Elektronik ist der so genannte Spin-Hall-Effekt technologisch sehr wichtig. Physiker von der Uni W√ľrzburg haben ihn jetzt erstmals mit rein elektrischen Messungen nachgewiesen.
Warum der Spin-Hall-Effekt so spannend ist? Weil er in Halbleiter-Bauelementen Magnetisierungen erzeugt, ohne dass hierf√ľr der aufw√§ndige Einsatz externer Magnetfelder oder magnetischer Materialien n√∂tig ist. Derartige Manipulationen sind eine Grundvoraussetzung f√ľr die so genannte Spin-basierte Elektronik. Von dieser bislang nicht realisierten Technologie erhoffen sich Wissenschaftler unter anderem deutlich leistungsst√§rkere Computer oder Fortschritte bei der Verschl√ľsselung von Daten. Was macht den Spin-Hall-Effekt aus? In einem halbleitenden Bauelement lassen sich die Ladungstr√§ger mit unterschiedlicher Magnetisierung zu den gegen√ľberliegenden R√§ndern des Elements lenken, ohne dass hierf√ľr ein √§u√üeres Magnetfeld n√∂tig ist. Die unterschiedliche Magnetisierung r√ľhrt hier von einer unterschiedlichen Spin-Ausrichtung elektrischer Ladungstr√§ger her. Sie wird bewirkt von der so genannten Spin-Bahn-Kopplung. Sie ist darauf zur√ľckzuf√ľhren, dass ein in einem elektrischen Feld bewegtes Teilchen (Ladungstr√§ger) immer auch ein magnetisches Feld sp√ľrt. Als Folge davon baut sich ein magnetisches Feld auf. Dieser Effekt konnte in Halbleitern bisher nur mit optischen Methoden nachgewiesen werden. Dem W√ľrzburger Forschungsteam aus experimentell und theoretisch arbeitenden Physikern jedoch ist es nun erstmals gelungen, den Effekt mit rein elektrischen Messungen zu zeigen. Das erm√∂glicht eine Nutzung in integrierten elektronischen Bauelementen. Experiment der W√ľrzburger Physiker zum Nachweis des Spin-Hall-Effektes: Auf der linken Seite einer H-f√∂rmigen Halbleiterstruktur flie√üt Strom. Die Ladungstr√§ger unterschiedlicher Magnetisierung werden getrennt und sammeln sich an den R√§ndern. Dadurch kommt es im Querbalken des H zu einem reinen Spin-Strom, der den rechten Schenkel der Struktur erreicht. Dort werden die Elektronen in eine Richtung senkrecht zum Spin-Strom gelenkt und lassen sich in Form einer Spannung messen. Grafik: Joachim Schneider Umkehrung physikalischer Effekte Beim Nachweis des Spin-Hall-Effektes machten die Forscher vom Prinzip der Umkehrung physikalischer Effekte Gebrauch: Flie√üt auf der linken Seite einer H-f√∂rmigen Halbleiterstruktur ein elektrischer Strom, dann werden die Ladungstr√§ger mit unterschiedlicher Magnetisierung (Spin) voneinander getrennt und sammeln sich am linken bzw. am rechten Rand der Struktur. Wegen des Ungleichgewichts in der Spin-Verteilung kommt es am Rand des Querbalkens der H-Struktur zu einem reinen Spin-Strom. Dieser erreicht den rechten Schenkel der H-Struktur und bewirkt nun ‚Äď als Umkehrung des Spin-Hall-Effekts ‚Äď eine Trennung der Ladungstr√§ger: Die Elektronen werden in eine Richtung senkrecht zum Spin-Strom gelenkt und k√∂nnen in Form einer Spannung gemessen werden. H-f√∂rmige Halbleiter verwendet Zu dieser Erkenntnis kamen die Physiker mit H-Strukturen, die circa 200 Nanometer breit und nur wenige Mikrometer lang sind. Als Halbleitermaterial verwendeten sie eine Schichtung aus Quecksilber-Tellurid und Quecksilber-Cadmium-Tellurid. In diesem Materialsystem ist der Spin-Hall-Effekt besonders stark ausgepr√§gt. Im gleichen Materialsystem haben die W√ľrzburger Physiker im Jahr 2007 bereits den Quanten-Spin-Hall-Effekt nachgewiesen. Dieser tritt nur dann auf, wenn im Material keine freien Ladungstr√§ger vorhanden sind. Der Spin-Hall-Effekt wird dagegen bei elektrisch leitendem Material sichtbar.
Anzeige
Anzeige
Weitere Nachrichten
2019.02.15 09:57 V12.1.1-2