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Spin-Speicherzelle aus Platinkäfig

25.11.2013

Physikern ist es gelungen, eine relativ stabile Spin-Speicherzelle zu schaffen, indem sie ein Holmiumatom in einen speziellen "Käfig" aus Platinatomen platziert haben, der es von der Außenwelt isoliert und es ermöglicht, den Spinzustand des Elektrons für mehr als 6 Minuten aufrechtzuerhalten zu einem Artikel in der Zeitschrift Nature.

In den letzten Jahrzehnten haben Physiker aktiv die Quanteneigenschaften von Elektronen und Atomen untersucht und versucht, sie für die Herstellung elektronischer Geräte anzupassen. In der konventionellen Mikroelektronik werden Informationen durch eine elektrische Ladung dargestellt. In der Spinelektronik oder Spintronik werden Informationen durch den Spin eines Elektrons dargestellt – die Rotationsrichtung eines Teilchens.

Wulf Wulfhekel vom Institut für Technologie in Karlsruhe (Deutschland) und seine Kollegen haben einen großen Schritt in Richtung der Entwicklung solcher Geräte gemacht, nachdem sie gelernt haben, den Spin eines Elektrons für eine lange Zeit zu stabilisieren, hundertmal höher als frühere Rekorde. Die wichtigste Entdeckung der Autoren des Artikels war die Schaffung einer speziellen "Zelle" aus Platinatomen, die in sich selbst eine "tote Zone" erzeugt.

Dieses Design ist eine mikroskopische Platte, in der die Platinatome zu gleichseitigen "Dreiecken" kombiniert sind. In der Mitte eines dieser Dreiecke platzierten die Wissenschaftler ein Holmiumatom, ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidenreihe, das ungewöhnliche magnetische und Quanteneigenschaften aufweist.

Durch das Vorhandensein eines „Käfigs“ sind die Elektronen in den äußeren Schalen von Holmium vor Störungen und Umwelteinflüssen geschützt. Als Wissenschaftler versuchten, den Zustand des Spins in einer solchen „Gedächtniszelle“ aufzuzeichnen und auszulesen, stellten sie fest, dass dieser sechs Minuten lang stabil bleibt, was bis heute ein absoluter Rekord ist.

Darüber hinaus kann dieses Gerät nach Berechnungen von Physikern im Gegensatz zu anderen Beispielen der Spintronik bei relativ hohen Temperaturen von bis zu minus 173 Grad Celsius betrieben werden. Wie die Autoren des Artikels glauben, weist ihre Idee auf die Möglichkeit hin, Hochtemperatur-Spintronik zu entwickeln und für praktische Zwecke zu nutzen.

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