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2024-06-03T09:46:32Z

Speichermedien: Ferromagnetismus versus Antiferromagnetismus: Diese Vortragsankündigung belegt das nicht wirklich. Ist das überhaupt belegpflichtig?

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Die '''Spintronik''' (aus den Wörtern [[Spin]] und [[Elektronik]]), manchmal auch '''Spinelektronik''' oder '''Fluxtronik''' genannt, ist ein modernes Forschungsgebiet, das sowohl Teil der [[Grundlagenforschung]] ([[Festkörperphysik]], [[Nanotechnologie]]) als auch besonders stark anwendungsbezogen ([[Nanoelektronik]], [[Quantentechnologie]]) ist. Die Spintronik basiert auf dem [[Magnetisches Moment|magnetischen Moment]] des [[Elektron]]s zur [[Informationstheorie|Informationsdarstellung]] und -verarbeitung und nicht nur auf dessen [[Elektrische Ladung|elektrischer Ladung]] wie die herkömmliche [[Halbleiterelektronik]].

Unter dem älteren Begriff [[Magnetoelektronik]] wird im Wesentlichen ebenfalls die Nutzung des [[Elektronenspin]]s zur Informationsverarbeitung verstanden. Im Gegensatz dazu ist in dem allgemeineren Begriff Spintronik jedoch u. a. die Erkenntnis enthalten, dass man Spins nicht nur mit [[Magnetismus|Magnetfeldern]], sondern z. B. auch mit [[Elektrisches Feld|elektrischen Feldern]] manipulieren kann.

== Grundlagen ==
Die Spintronik beruht auf der Möglichkeit der sogenannten ''Spininjektion'' in [[Halbleiter]]materialien, aber auch in [[Organische Chemie|organischen]] oder [[Metalle|metallischen]] Materialien, und die Spininjektion kann z. B. vom Metall in den Halbleiter erfolgen. Mit der Spininjektion können in den genannten Materialien [[Spin-Strom|spinpolarisierte Ströme]] erzeugt werden. Diese weisen mit Betrag und Richtung des Spin[[erwartungswert]]s weitere [[Freiheitsgrad]]e auf, die als zusätzliche Eigenschaften für die Informationsdarstellung genutzt werden können. Zusätzlich können spinpolarisierte Ströme magnetische Materialien beeinflussen, wodurch beispielsweise [[Weiss-Bezirk|magnetische Domänen]] in einen anderen Zustand überführt werden können, wodurch Informationen kodiert werden können<ref>{{Literatur |Autor=Igor Žutić, Jaroslav Fabian, S. Das Sarma |Titel=Spintronics: Fundamentals and applications |Hrsg=Reviews of Modern Physics |Band=76 |Verlag=American Physical Society |Datum=2004-04-23|DOI=10.1103/RevModPhys.76.323 |Online=https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.76.323}}</ref>.

== Anwendungen ==
Eine Anwendung der Spintronik sind [[Festplattenlaufwerk|Festplatten]] mit „Spinvalve“-[[Dünnschicht]]-[[Lesekopf|Leseköpfen]], die den [[GMR-Effekt]] (Riesenmagnetowiderstand) oder [[TMR-Effekt]] nutzen. Der GMR-Effekt ermöglicht es, sehr kleine [[magnetische Domäne]]n zu [[Sensor|detektieren]] und so die [[Speicherkapazität|Kapazität]] von Festplatten deutlich zu steigern. Für die Entdeckung des GMR-Effektes wurde [[Albert Fert]] und [[Peter Grünberg]] 2007 der [[Nobelpreis für Physik]] verliehen.

== Speichermedien: Ferromagnetismus versus Antiferromagnetismus ==

Während man bei den gegenwärtigen Anwendungen ausschließlich mit [[Ferromagnetismus|ferromagnetischen]] Speichermedien und Lese- bzw. Schreibköpfen arbeitet, um die genannten Effekte auszunutzen, sind seit einiger Zeit (~ 2013 bis 2014) auch [[Antiferromagnetismus|antiferromagnetische]] Materialien Gegenstand aktueller Forschungen, da mit antiferromagnetischem Material die Bits 0 und 1 ebenso gut wiedergegeben werden können, wie mit ferromagnetischem Material. Statt der gewohnten Zuordnung,
* 0 ↦ „Magnetisierung nach oben“ bzw.
* 1 ↦ „Magnetisierung nach unten“,
benutzt man etwa:
* 0 ↦ „vertikal-alternierende Spinkonfiguration“ bzw.
* 1 ↦ „horizontal-alternierende Spinkonfiguration“.

Dies entspricht mathematisch dem Übergang von der [[Drehgruppe]] SO(3) zu der zugehörigen relativistischen Überlagerungsgruppe, der „Doppelgruppe“ SU(2).

Die Hauptvorteile des Einsatzes von antiferromagnetischem gegenüber ferromagnetischem Material sind

# die Unempfindlichkeit gegen Streufelder und
# die um Größenordnung kürzeren Umschaltzeiten.

== Literatur ==

=== Allgemein ===

* {{Internetquelle |url=https://www.heise.de/tp/features/Mit-Mini-Magneten-ist-zu-rechnen-3404528.html |titel=Mit Mini-Magneten ist zu rechnen |titelerg=Spintronik: Ein Dreifach-Gatter als digitaler Universalbaustein |werk=[[Telepolis]] |hrsg=Heise Verlag |autor=Thomas Liebsch |datum=2006-01-21 |zugriff=2022-12-20}}
* {{Internetquelle |url=https://www.heise.de/newsticker/meldung/Fortschritt-in-der-Silizium-Spintronik-167497.html |titel=Fortschritt in der Silizium-Spintronik |werk=[[Heise Newsticker]] |hrsg=Heise Verlag |autor=Richard Sietmann |datum=2007-08-27 |zugriff=2017-02-22}}
* {{Internetquelle |url=http://www.weltderphysik.de/gebiete/stoffe/spintronik/ |titel=Spintronik |werk=Welt der Physik |hrsg=[[Bundesministerium für Bildung und Forschung|BMBF]], [[Deutsche Physikalische Gesellschaft|DPG]] |zugriff=2022-12-20}}
* {{Internetquelle |url=https://futurezone.at/science/experten-ueberzeugt-spintronik-wird-sich-durchsetzen/151.364.602 |titel=Experten überzeugt: "Spintronik" wird sich durchsetzen |datum=2015-09-07 |zugriff=2022-12-20 |werk=[[Futurezone]]}}
* {{Internetquelle |url=https://aktuelles.uni-frankfurt.de/forschung/spintronik-neuartige-kristalle-fuer-die-computerelektronik-der-zukunft/ |titel=Spintronik: Neuartige Kristalle für die Computerelektronik der Zukunft |werk=Aktuelles aus der [[Goethe-Universität Frankfurt]] |datum=2022-02-25 |zugriff=2022-12-20}}
* {{Internetquelle |url=https://www.ipms.fraunhofer.de/de/press-media/press/2022/Spintronics-chiral-crystals.html |titel=Spintronik wird chiral - Fraunhofer IPMS |werk=[[Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme]] |datum=2022-04-21 |zugriff=2022-12-20}}

=== Fachartikel ===

* {{Literatur |Autor=Igor Žutić, Jaroslav Fabian, S. Das Sarma |Titel=Spintronics: Fundamentals and applications |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=76 |Nummer=2 |Datum=2004-04-23 |Sprache=en |DOI=10.1103/RevModPhys.76.323 |Seiten=323–410}}
* {{Literatur |Autor=[[Albert Fert]] |Titel=Nobel Lecture: Origin, development, and future of spintronics |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=80 |Nummer=4 |Datum=2008-12-17 |Sprache=en |DOI=10.1103/RevModPhys.80.1517 |Seiten=1517–1530}}
* {{Literatur |Autor=[[Peter A. Grünberg]] |Titel=Nobel Lecture: From spin waves to giant magnetoresistance and beyond |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=80 |Nummer=4 |Datum=2008-12-17 |Sprache=en |DOI=10.1103/RevModPhys.80.1531 |Seiten=1531–1540}}
* {{Literatur |Autor=[[David Awschalom]], Nitin Samarth |Titel=Spintronics without magnetism |Sammelwerk=Physics |Band=2 |Datum=2009-06-15 |Sprache=en |DOI=10.1103/Physics.2.50 |Seiten=50}}
* {{Literatur |Autor=Atsufumi Hirohata u. a. |Titel=Review on spintronics: Principles and device applications |Sammelwerk=Journal of Magnetism and Magnetic Materials |Band=509 |Datum=2020-09 |Sprache=en |DOI=10.1016/j.jmmm.2020.166711 |Seiten=166711}}
* {{Literatur |Autor=E Y Vedmedenko u. a. |Titel=The 2020 magnetism roadmap |Sammelwerk=Journal of Physics D: Applied Physics |Band=53 |Nummer=45 |Datum=2020-11-04 |Sprache=en |DOI=10.1088/1361-6463/ab9d98 |Seiten=453001}}

=== Fachbücher ===
* {{Literatur |Titel=Spintronics |Hrsg=Tomasz Dietl, David D. Awschalom, Maria Kamińska, Hideo Ohno |Verlag=Elsevier Academic Press |Ort=Amsterdam Heidelberg |Jahr=2008 |Sprache=en |Reihe=Semiconductors and Semimetals |BandReihe=82 |ISBN=978-0-08-044956-2}}
* {{Literatur |Autor=Thomas Schäpers |Titel=Semiconductor Spintronics |Verlag=De Gruyter |Ort=Berlin ; Boston |Jahr=2016 |Sprache=en |Reihe=De Gruyter textbook |ISBN=978-3-11-036167-4}}
* {{Literatur |Autor=[[Jürgen Smoliner]] |Titel=Grundlagen der Halbleiterphysik II: Nanostrukturen und niedrigdimensionale Elektronensysteme |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Jahr=2021 |ISBN=978-3-662-62607-8 |DOI=10.1007/978-3-662-62608-5}}
* {{Literatur |Titel=Nanoelectronics and Information Technology: Advanced Electronic Materials and Novel Devices |Hrsg=[[Rainer Waser]] |Auflage=3rd, completely rev. and enlarged ed |Verlag=Wiley-VCH |Ort=Weinheim |Jahr=2012 |Sprache=en |ISBN=978-3-527-40927-3}}
* {{Literatur |Titel=Atomic- and Nanoscale Magnetism |Hrsg=[[Roland Wiesendanger]] |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Jahr=2018 |Sprache=en |Reihe=NanoScience and Technology |ISBN=978-3-319-99557-1 |DOI=10.1007/978-3-319-99558-8}}

== Siehe auch ==
* [[Heuslersche Legierung]]
* [[Schottky-Kontakt]] bei der Injektion spinpolarisierter Ladungsträger vom Metall zum Halbleiter
* [[Quanten-Hall-Effekt]]
* [[Spin-Hall-Effekt]]
* [[Rashba-Effekt]]
* [[Josephson-Effekt]]
* [[Luttingerflüssigkeit]]
* [[Elektronenspinresonanz]] (ESR)
* [[Kernspinresonanz]] (NMR)
* [[Fluxon]]
* [[Quantenpunkt-Spinventil]]

== Weblinks ==

=== Institute und Forschung (Beispiele) ===

* [[Peter Grünberg Institut]] (PGI)<ref>{{Internetquelle |url=https://www.fz-juelich.de/de/pgi |titel=Peter Grünberg Institut (PGI) |hrsg=[[FZ Jülich]] |abruf=2022-12-21}}</ref> des [[Forschungszentrum Jülich|FZ Jülich]]
* [[Felix-Bloch-Institut]] (FBI)<ref>{{Internetquelle |url=https://www.physgeo.uni-leipzig.de/fbi |titel=Universität Leipzig: Felix-Bloch-Institut für Festkörperphysik |hrsg=[[Universität Leipzig]] |sprache=de |abruf=2022-12-21}}</ref> für [[Festkörperphysik]] der [[Universität Leipzig]]
* Forschungsbereich "[https://www.wmi.badw.de/research/Magnetism%20and%20Spintronics Magnetism and Spintronics]" des [[Walther-Meißner-Institut für Tieftemperaturforschung|Walther-Meißner-Instituts]]
* Verschiedene Forschungsbereiche des [[Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik]]

=== Verjährt oder Andere ===

* {{Internetquelle
|url=http://www.spinelektronik.de/
|titel=DFG Priority Program "Semiconductor Spintronics"
|hrsg=[[Deutsche Forschungsgemeinschaft]] (DFG)
|zugriff=2017-02-22
|datum=2013-09-27
}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=7755384-6|LCCN=sh2001003086|NDL=001137006}}

[[Kategorie:Halbleiterelektronik]]
[[Kategorie:Elektrodynamik]]
[[Kategorie:Quantenphysik]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]
[[Kategorie:Nanotechnologie]]
[[Kategorie:Magnetismus]]

Spintronik - Versionsgeschichte

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