Speciale metaaloxiden zouden op een dag de halfgeleidermaterialen kunnen vervangen die tegenwoordig veel in processors worden gebruikt. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, een internationaal team van onderzoekers van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), de Universiteit van Kaiserslautern en de Universiteit van Fribourg in Zwitserland waren in staat om te observeren hoe elektronische ladingsexcitatie de elektronspin in metaaloxiden op een ultrasnelle en in-fase manier verandert. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

In de moderne halfgeleiderelektronica de eerste belangrijke stap in elke transistor is om elektronen over de zogenaamde bandgap in de halfgeleider te tillen. Elektronen moeten door een materiaal bewegen dat, in feite, nietgeleidend. "Nadat ze enthousiast waren over de bandkloof, de bewegende elektrische ladingen van de elektronen genereren de stromen die worden gebruikt bij informatieverwerking. Deze stromen kunnen ervoor zorgen dat processors heet worden, leidt tot energieverlies, " legt professor Wolf Widdra van het Institute of Physics van MLU uit.

Spintronics probeert dit probleem op te lossen met behulp van zogenaamde spin. Dit is het intrinsieke impulsmoment van een elektron dat het magnetische moment produceert, waardoor het magnetisme wordt gegenereerd dat wordt gebruikt bij informatieverwerking. De koppeling van elektronische en magnetische eigenschappen bepaalt de functionaliteit. "Magnetische oxiden zijn een belangrijke klasse van materialen voor spintronica omdat ze geen elektronenstroom overdragen, alleen magnetische informatie, " zegt Widra, die de studie leidde als onderdeel van het gezamenlijke Collaborative Research Center CRC/TRR 227 "Ultrafast Spin Dynamics" aan de MLU en de Freie Universität Berlin. Tot voor kort, echter, het was niet duidelijk geweest hoe de elektronenoverdracht over de bandafstand gepaard ging met de spin van het magnetische oxide. Het team heeft dit proces nu met succes waargenomen en heeft er een nieuwe theorie voor ontwikkeld. Groepen theoretische en experimentele natuurkundigen sloegen de handen ineen om dit probleem aan te pakken.

Met behulp van een state-of-the-art, ultrakorte pulslaser, de onderzoekers waren in staat om een ​​elektron te exciteren om het over de band gap in nikkeloxide te tillen. Ze observeerden ook hoe de informatie vervolgens werd overgebracht naar het magnetische systeem. Dit stelde het team in staat om een ​​voorheen onbekend ultrasnel koppelingsmechanisme te identificeren dat optreedt op een femtoseconde schaal, d.w.z. een quadriljoenste van een seconde. "De complexe veellichaamseigenschappen gegenereerd door de excitatie van het elektron door de laser hebben deze verrassende observatie onthuld, maar hebben ons ook lang en hard doen nadenken over hoe we het correct moeten interpreteren, ", voegt Widra toe.

Volgens de fysicus de bevindingen maken nu de weg vrij voor ultrasnelle spintronica. Dit zou de ontwikkeling van nieuwe ultrasnelle opslagsystemen en informatietechnologieën in de toekomst moeten vergemakkelijken.