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Neuer SFB: Magnetische Heteroschichten

08.12.1999 - (idw) Gerhard-Mercator-Universität Duisburg (bis 31.12.2002)

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG hat jetzt entschieden, an den beiden Universitäten Duisburg und Bochum (Sprecherhochschule) einen neuen Sonderforschungsbereich SFB einzurichten, der sich mit der Struktur und dem elektronischen Transport von magnetischen Heteroschichten befasst.

60 Wissenschaftler nehmen am 1. Januar 2000 für zunächst drei Jahre ihre Arbeit im neuen Sonderforschungsbereich 491 auf. Die Universität Duisburg ist mit sechs von 17 Teilprojekten beteiligt, die sich auf zwei Teilbereiche erstrecken:
- Wachstum, Struktur und Magnetismus von Heteroschichten
- Elektronentransport in magnetischen Heteroschichten.

Die Fördersumme beträgt pro Jahr 2,9 Mio. DM, die überwiegend von der DFG aber auch von anderen öffentlichen Geldgebern getragen werden. Sprecher ist Prof. Dr. Hartmut Zabel, Ruhr-Uni Bochum, Experimentalphysik/Festkörperphysik. Sein Stellvertreter ist Prof. Dr. Werner Keune, Gerhard-Mercator-Universität, Angewandte Physik. Der neue SFB bietet hervorragende Möglichkeiten für die qualifizierte Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses.


Großes technologisches Potential

In atomarem Maßstab geschichtete, flächenhafte magnetische Strukturen ("Heteroschichten") haben ein großes technologisches Potential für Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Informations- und Kommunikationstechnologie, vor allem im Bereich der "nichtflüchtigen" Datenspeicherung, der Magnetfeldsensorik und der Steuerung zukünftiger Datenträger.

Im neuen Sonderforschungsbereich werden zum ersten Mal konsequent die verschiedenen Materialkombinationen aus Metallen, Halbleitern und Isolatoren für potentielle Anwendungen in der Hochtechnologie untersucht. In dieser Breite wird dieses hochaktuelle Thema mit Querschnittscharakter für neue Entwicklungen im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnik an keiner Stelle in Deutschland behandelt.


Bewährte Partner: Duisburg und Bochum

Voraussetzung für die kompetente Bearbeitung dieses sehr anspruchsvollen Themas ist eine jahrelange erfolgreiche Zusammenarbeit der Duisburger und Bochumer Kollegen im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 166, der 15 Jahre lang erfolgreich den Magnetismus von Übergangsmetallegierungen behandelte.

Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurden in Duisburg und Bochum Methoden entwickelt, ultradünne Metallschichten mit höchster kristalliner Qualität und ultrareinen Bedingungen herzustellen. Darüber hinaus gibt es bei den Bochumer Halbleiterphysikern ähnliche Erfahrungen über die Herstellung und Strukturierung von Halbleiterschichten mit Hilfe von hochmodernen Wachstumsapparaturen.

Der Duisburger Sprecher Prof. Dr. Werner Keune dazu: "Diese Erfahrungen werden jetzt zum ersten Mal im wahrsten Sinne des Wortes kombiniert, um Heteroschichten aus Halbleitern und Metallen herzustellen, die dann für den Spintransport geeignet sind."


Elektronik der Zukunft berücksichtigt Eigendrehimpuls

Die derzeitige Elektronik basiert auf dem Transport und der Steuerung von Elektronen und "Löchern" in Halbleitern. Die Informationsträger sind daher negative und positive Ladungen. Metalle liefern über ihre Zuleitungen den notwendigen Strom.

Die Elektronik der Zukunft wird neben der Ladung zusätzlich den Eigendrehimpuls des Elektrons ("Spin") berücksichtigen. Elektronen tragen grundsätzlich einen Spin (Eigendrehimpuls) und verhalten sich daher magnetisch. Der Elektronenspin kann aber in der herkömmlichen Halbleiterelektronik nicht zur Steuerung verwendet werden, da gleich viele Ladungen mit Spin "rauf" wie "runter" vorkommen.


Spin-Transistor

Erst wenn dieses Gleichgewicht aufgehoben wird, kann ein Spin-Transport stattfinden und ein Spin-Transistor entwickelt werden. Dazu muß ein Überschuss von Spins einer Sorte in den Halbleiter injiziert werden. Dies geschieht über einen Metallkontakt mit einem ferromagnetischen Metall, in dem die Elektronenspins natürlicherweise eine Vorzugsrichtung aufweisen.

Die Realisation von Schichtstrukturen aus ferromagnetischen Metallen und Halbleitern, die Injektion von Elektronenspins erlauben, stellt eine große wissenschaftlich und technische Herausforderung dar und ist bisher noch nicht gelungen. Viele Laboratorien in der ganzen Welt arbeiten mit Hochdruck an dieser Problemstellung.

Im SFB 491 wird die Zusammenarbeit zwischen experimentellen und theoretischen Gruppen aus den Bereichen Metallphysik, Magnetismus, Halbleiterphysik/Halbleitertechnologie und Oberflächenphysik/Oberflächenchemie organisiert, um die verschiedenen Teilaspekte des neuartigen spinabhängigen elektronischen Transports in Schichtsystemen zu erarbeiten. Durch Maßschneidern der beteiligten Materialien auf einer Nanometer-Skala werden dabei neue Effekte hervorgerufen werden, die in dieser Form im Volumen nicht vorkommen.


SFB: Hochangesehene Forschungsförderung

Ein Sonderforschungsbereich stellt eine anspruchsvolle und hochangesehene Form der Forschungsförderung dar. Die "Centers of Excellence" ermöglichen langfristig angelegte, aufeinander abgestimmte Forschungsprojekte, die in einem Turnus von drei Jahren begutachtet werden. An der Gerhard-Mercator-Universität gibt es nun drei Sonderforschungsbereiche. Sie befassen sich mit Spezialrobotern für schwere Lasten und große Reichweiten, mit Nanopartikeln in der Gasphase und demnächst dann auch mit magnetischen Heteroschichten.
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