Spintronik

Spintronik (aus Spin und Elektronik, auch Spinelektronik genannt) ist ein Forschungsgebiet, das den quantenmechanischen Eigendrehimpuls (Spin) von Elektronen für die Datenverarbeitung und Datenspeicherung nutzt. In der herkömmlichen Elektronik transportieren Elektronen Information ausschließlich über ihre elektrische Ladung. Die Spintronik nutzt zusätzlich die Spinausrichtung ("up" oder "down") als Informationsträger.

Die Technologie verspricht Vorteile in drei Bereichen: höhere Geschwindigkeit, höhere Speicherdichte und geringerer Energieverbrauch. Festplatten nutzen bereits seit den 1990er-Jahren den Riesenmagnetowiderstand (GMR), einen spintronischen Effekt, der 2007 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde (Peter Grünberg, Albert Fert). MRAM-Speicher (Magnetoresistive RAM) ist eine weitere kommerzielle Anwendung.

Aktuelle Forschung konzentriert sich auf Spin-Transfer-Torque-Bauelemente, topologische Isolatoren und Spin-Qubits für Quantencomputer. Materialien wie Ferromagnete, magnetische Halbleiter und zweidimensionale Materialien (Graphen) spielen dabei eine zentrale Rolle.

In der Science-Fiction taucht Spintronik selten unter diesem Namen auf, ist aber als Grundlage für extrem schnelle, energieeffiziente Computer implizit in vielen Zukunftsszenarien präsent.

Gerade die Spintronik ist ein gutes Beispiel dafür, wie Quantenphysik unbemerkt längst im Alltag steckt. Der Riesenmagnetowiderstand, ein spintronischer Effekt, ermöglichte die enorme Speicherdichte moderner Festplatten und damit einen wesentlichen Teil der digitalen Revolution. Indem sie neben der Ladung auch den Spin der Elektronen nutzt, verspricht die Technik schnellere, dichtere und sparsamere Bauteile. In der Science-Fiction taucht sie selten beim Namen auf, doch die extrem leistungsfähigen, energieeffizienten Rechner vieler Zukunftsvisionen würden ohne solche Effekte kaum funktionieren.