Aber weil die Kernspins sehr viel schwächer sind als die Elektronenspins, ist es auch sehr viel schwieriger, sie gezielt mit einem äußeren Magnetfeld zu beeinflussen. Den Forschern um von Klitzing ist es nun gelungen, eine mit einem Magnetfeld zunächst auf Elektronen übertragene Spinrichtung auf die Atomkerne zu übertragen.
Das größte Problem, das es dabei zu überwinden galt, war die “Energiequantelung”: Das Umdrehen eines Kernspins erfordert nur etwa ein Tausendstel der Energie, die man für das Umdrehen eines Elektronenspins benötigt. Genauso wie man passendes Wechselgeld herausgeben muss, wenn jemand mit einem großen Schein bezahlt, muss die überschüssige Energie irgendwohin abgegeben werden ? und zwar genau passend.
Die naheliegendste Lösung, die überschüssige Energie in die Bewegungsenergie der Elektronen zu stecken, funktioniert aber nicht. Denn die Elektronen können sich in dem angelegten Magnetfeld gemäß der Quantenmechanik auch nur auf Bahnen mit genau festgelegter Energie bewegen.
Das passende “Kleingeld” zum Wechseln fanden die Forscher in elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Elektronen. Durch Variation einer an den Halbleiter angelegten Spannung und durch die Feineinstellung der Stärke des Magnetfeldes konnten sie die für den Spintransfer notwendigen Energiebedingungen einstellen.
Das Physikerteam konnte ebenfalls zeigen, dass auch die umgekehrte Richtung funktioniert, also die Beeinflussung der Elektronenspins durch die Kernspins. Damit besitzt ihre Anordnung die Grundmerkmale eines Lese-Schreib-Speichers.
