Ultraschneller Spintransfer über Kette mit 40 Kohlenstoffatomen

Elektronen verfügen nicht nur über eine elektrische Ladung, sondern auch über ein intrinsisches magnetisches Moment (den Spin), welches genauso wie die Ladung als Informationsträger (Bit) fungieren kann. Um mit Hilfe des Spins nutzbare integrierte Schaltkreise zu bauen, bedarf es sowohl lokaler Informationsmanipulation (z.B. Durchführung von Booleschen Operationen), als auch des Transfers der Spininformation (also des Outputs der letzten logischen Operation) an andere benachbarte Elemente, damit sie ausgewertet oder weiterverarbeitet werden kann. Genau mit diesem letzten Schritt befasst sich eine unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Hübner veröffentlichte Studie, die aus einer internationalen Kooperation mit der Shaanxi Normal University und der Northwestern Polytechnical University, beide in Xi’an, China, entstand.

In dieser Arbeit wurde theoretisch gezeigt, dass eine aus 40 Kohlenstoffatomen bestehende Zickzack-Kette den elektronischen Spin über Distanzen von über 4.4 nm leiten kann. Die Entfernung dieses von Laserpulsen getriggerten ultraschnellen Transfers ist direkt vergleichbar mit der aktuellen CMOS-Spitzentechnologie, die die untere Grenze von 7 nm schon unterschritten hat. Somit wird zum ersten Mal ein wissenschaftlicher Meilenstein erreicht, an dem sich die größten mit hochpräzisen Quantenmechanischen Vielteilchen-Methoden berechenbaren molekularen Systeme und die kleinsten mit modernen lithografischen Verfahren herstellbaren logischen Bau-Elemente begegnen. Zusätzlich wurde ein Doppelpuls-Verfahren vorgeschlagen, welches eine verbesserte Adressierung einzelner magnetischer Zentren und somit die Differenzierung zwischen lokaler und globaler laserinduzierter Spinmanipulation erlaubt. 

Die von den theoretischen Physikern der TU Kaiserslautern federführend durchgeführte Studie wurde kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht:

DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.037402

Fragen beatwortet:
PD Dr. Georg Lefkidis, TU Kaiserslautern
Fachbereich Physik, Lehrgebiet Theorie der kondensierten Materie
Telefon: 0631 205-3207
E-Mail: lefkidis(at)physik.uni-kl.de