Neu entdeckter Spin-Seebeck-Effekt eröffnet Weg zu schnelleren Schaltkreise und hochempfindlichen Thermosensoren

Yokohama (Japan) - Elektrischer Strom allein aus Wärme: Dieses Kunststück beherrschen thermoelektrische Module aus Wismut-Tellurid oder Silizium. Mit ihnen werden heute vielseitig einsetzbare Thermometer und sogar kleine Generatoren hergestellt, die beispielsweise die Hitze der Auspuffrohre von Autos in Strom umwandeln können. Einen Schritt weiter gingen nun japanische Physiker. In der Zeitschrift "Nature" berichten sie, dass sie mit erhitzten Magneten Ströme aus Elektronenspins statt aus elektrischen Ladungen erzeugen konnten. Dieser neue Spin-Seebeck-Effekt könnte die Entwicklung von schnellen und Energie sparenden Spintronik-Schaltkreisen beschleunigen.

"Der Spin-Seebeck-Effekt ermöglicht einen reinen Spinstrom, bei dem sich Elektronenspins ganz ohne elektrische Ströme über weite Distanzen bewegen", schreiben Eiji Saitoh und seine Kollegen von der Keio Universität in Yokohama. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Spintronik-Chips, die mit dem veränderbaren Drehsinn der Elektronen statt mit deren elektrischen Ladungen rechnen sollen. Über einige Millimeter blieben die Spinströme stabil; zuvor hatten sie nur Entfernungen von wenigen hundert Nanometern überbrücken können.

Kern des neuen Spinstrom-Generators ist ein wenige Nanometer dünner Streifen aus einem Nickel-Eisen-Dauermagneten. Das eine Ende dieses sechs Millimeter langen Metallstückchens heizten die Physiker um bis zu 21 Grad auf, während das andere Ende weiter Raumtemperatur hatte. Dieser geringe Temperaturunterschied reichte aus, um einen Spinstrom zu erzeugen.

Mit solchen hauchdünnen und teilweise erwärmten Magnetstreifen verfügen Wissenschaftler über eine zuverlässige Quelle für Spinströme. Weitere Experimente werden zeigen, ob sich diese nun auch für den Aufbau von spintronischen Schaltkreisen eignen. Gelingt es, locken Rechenchips, die bei höheren Schaltgeschwindigkeiten deutlich weniger Strom verbrauchen könnten als herkömmliche Elektronik-Chips.