Physiker weisen Magnetismus nach


Heutige elektronische Bauteile nutzen ausschließlich die elektrische Ladung von Elektronen. Dabei trägt jedes Elektron als bisher brachliegende Information den so genannten Spin: Es rotiert in die eine oder andere Richtung und wird dadurch zu einem winzigen Magneten.

Diese Information für elektrotechnische Anwendungen zu nutzen ist ein alter Traum der Forschung: Riesige Speicherkapazitäten und viel schnellere Schaltungen sind nur einige der Verheißungen. Kann es aber magnetische Halbleiter bei Raumtemperatur überhaupt geben? Um diese Frage tobt unter Forschern eine hitzige Debatte. Physiker der Uni Bochum haben es nun geschafft, einen magnetischen Halbleiter zu erzeugen.

Halbleiter sind normalerweise nicht magnetisch. Versuche, sie dauerhaft magnetisch zu machen, gelangen bisher nur bei extrem tiefen Temperaturen - untauglich für technische Anwendungen. Ausgehend von theoretischen Überlegungen wählten die Forscher für ihre Studien Titanoxid und Zinkoxid für eine Dotierung mit magnetischen Metallen wie Kobalt aus. In einem Teilchenbeschleuniger wurden die Ionen implantiert. Der so behandelte Halbleiter wurde erhitzt, damit die Ionen die Gitterplätze einzelner Halbleiteratome im Kristallgitter einnehmen und Defekte ausheilen.

In der Messkammer wurden Untersuchungen mit zirkular polarisierter Röntgenstrahlung (XMCD) mit resonanter magnetischer Röntgenstreuung (XRMS) kombiniert, um heraus zu finden, ob der dotierte Halbleiter wirklich magnetisch ist.

Die zirkular polarisierten Röntgenstrahlen wurden jeweils von Elektronen einer Spin-Richtung bevorzugt absorbiert, so dass man auf deren Anzahl in einer Probe schließen kann. Die Röntgenstreuung erlaubt über die charakteristische Ablenkung von Röntgenstrahlen durch die Atome einer Probe Aussagen über deren genaue Struktur.

Die Forscher stellten fest, dass die magnetischen Metallionen tatsächlich wie gewünscht auf einzelnen Gitterplätzen im Halbleiter Platz genommen hatten, und dass ihr Magnetismus stabil geblieben war. Erst durch das Anlegen eines starken äußeren Magnetfelds ließ sich der Magnetismus "kippen"; beim Abschalten des äußeren Magnetfelds begab er sich wieder in den Ursprungszustand zurück. Die Grundvoraussetzung für weitere Entwicklungen in Richtung von spintronischen Bauelementen ist damit gegeben.

COMPAMED.de; Quelle: Ruhr-Universität Bochum