Die Ladungsträger (blau: Elektronen, rot: Löcher) eines Halbleiters werden durch das Magnetfeld (schwarze Pfeile) von ihrer ursprünglichen Stromrichtung (grüner Pfeil) abgelenkt; je schneller sie sind, umso stärker ist die Ablenkung entgegen der ursprünglichen Stromrichtung und damit die Zunahme des Widerstandes. In Niobphosphid ist der Effekt besonders groß, weil es besonders schnelle Elektronen besitzt. Abb.: Dr. Yulin Chen
Planck-Forscher designen neues Datenspeichermaterial aus Niob und Phosphor
Dresden, 22. Juni 2015. Planck- und Helmholtz-Physiker aus Dresden haben ein neues Elektronikmaterial entworfen, das in Zukunft zu billigerem und schnellerem Festplatten-Speicher führen könnte: Bei Experimenten mit einer Verbindung der Elemente Niob und Phosphor stellten sie fest, dass sie den Fluss der fast lichtschnellen Elektronen in diesem Designer-Werkstoff sehr einfach mit Magnetfeldern von außen kontrollieren können.
Der dabei auftretende „Riesenmagneto-Widerstand“ wird bereits heute in Festplatten für die Speicherung sehr großer Datenmengen genutzt – kann bisher aber nur in einem sehr aufwendigen Mehrschicht-Materialaufbau erreicht werden. Die neue Dresdner Verbindung ist dagegen vergleichsweise einfach gestrickt und könnte insofern zu Durchbrüchen in der Informationstechnologie führen.
Die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe Dresden und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf ordnen ihren Werkstoff „Niobphosphid“ den so genannten „Weyl-Metallen“ zu. In diesen speziellen Metallen verhalten sich Elektronen so, als ob sie keinerlei Masse hätten und können sich dadurch sehr schnell fortbewegen, im konkreten Fall mit 300 Kilometern je Sekunde.
Dr. Binghai Yan. Foto: MPI-CPFS
Das Team um Dr. Binghai Yan ist überzeugt, dass aus dem Material durch einige Verbesserungen noch einige interessante Eigenschaften für die Elektronikindustrie herausholen lassen. „Der Effekt, den wir in Niobphosphid entdeckt haben, kann durch geschicktes Materialdesign sicher noch verbessert werden“, schätzte Binghai Yan ein. „Diese Materialklasse hat daher enormes Potential für künftige Anwendungen in der Informationstechnologie.”
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