Professor Michael Ruck experimentiert. Foto: TUD/Geise
Dresden, 15. März 2013: Ein Dresdner Forscherteam hat eine Art schwere Variante des „Wundermaterials“ Graphen entdeckt: Die Wissenschaftler um Prof. Michael Ruck von der TU Dresden und Theoriedirektor Prof. Jeroen van den Brink vom „Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung“ (IFW) Dresden designten Waben mit winzig kleinen Würfeln aus Atomen des relativ schweren Elements Wismut, die bei Raumtemperatur im Innern Isolatoren sind und außen Strom nahezu ideal leiten. Dieses neue Material könnte neue Perspektiven für die Nanoelektronik und Spintronik eröffnen.
Kandidaten für Spintronik-Computer
Als heißer Favorit für künftige Spintronik-Computer, in denen nicht mehr Transistorschalter, sondern die magnetischen Drehimpulse (Spins) einzelner Elektronen die Informationen speichern, galt bisher vor allem zweidimensionale Wabennetze aus Kohlenstoffatomen, sogenannte „Graphene“. Die zeigen ihre besonderen quantenphysikalischen Eigenschaften allerdings nur bei sehr tiefen Temperaturen.
Die Visualisierung zeigt, wie sich Wismut- und Rhodium-Atome zu Würfelwaben zusammenschließen, die innen Strom stoppen, an ihrer Oberfläche aber fast widerstandslos leiten. Abb.: IFW
Graphene sind Winter-Fans, Wismutwürfel arbeiten bei Raumtemperatur
„Graphen wurde lange als Musterbeispiel eines topologischen Isolators gehandelt, doch kann man daran diesen Effekt nur bei extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt beobachten“, erklärte TU-Professor Ruck. „Das von uns entdeckte Material aus Wismutwürfeln ist strukturell und in seinen topologischen Eigenschaften dem Graphen verwandt, hat aber den gravierenden praktischen Vorteil, auch bei Raumtemperatur ein topologischer Isolator zu sein.“
Prof. Jeroen van den Brink mit einem Modell der Moleküle. Foto: IFW
Bessere Speicher und Prozessoren denkbar
Die genannten „topografischen Isolatoren“ gelten als exotische Zwischenform zwischen Stromleitern wie Kupfer und Isolatoren: In ihnen richten die Elektronen ihre Spins alle gleich aus und schalten die Spin-Richtung auch kollektiv um. Damit empfehlen sie sich für die Konstruktion nanoelektronischer Bauelemente für die Computerspeicher und -Prozessoren der Zukunft.
Möglich wurde die Entdeckung im Übrigen nach Meinung von Prof. van den Brink vor allem auch durch die enge Kooperation von Uni und nichtuniversitären Instituten. „Das exzellente Forschungsumfeld in Dresden mit starken Partnern hat einen sehr wichtigen Beitrag zu unserem Erfolg geleistet“, meint er. Heiko Weckbrodt
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