Einem niederländischen Forscherteam der Universität von Groningen ist es gelungen, den Elektronenspin freier Leitungselektronen in Metallen für elektronische Anwendungen nutzbar zu machen. In ihrem Experiment schicken die Wissenschaftler Elektronen mit genau ausgerichtetem Spin durch einen Leiter zu einem Detektor, dessen Ausgangsspannung von der Ausrichtung der Elektronenspins abhängt. Das berichtet das Team im britischen Fachmagazin Nature (Band 416 Seite 713).
In ihrem Experiment benutzten die Wissenschaftler um Friso Jedema eine Kobaltelektrode, um einen Elektronenstrom durch eine sogenannte Tunnelbarriere in einen Aluminiumleiter zu injizieren. Die Tunnelbarriere ermöglichte eine Spinpolarisation des Elektronenstroms, da die quantenmechanische Tunnelwahrscheinlichkeit der Elektronen von der Ausrichtung ihrer Spins abhängt. Dadurch gelang es den Forschern, bevorzugt Elektronen mit einem genau ausgerichteten Elektronenspin durch den Aluminiumleiter zu schicken.
Zum Nachweis des spinpolarisierten Stroms versahen die Forscher das andere Ende des Leiters mit einer zweiten mit einer Tunnelbarriere versehenen Kobaltelektrode. Elektronen, die ihren Spin während ihres Flusses durch den Leiter unverändert ließen, konnten so bevorzugt zu der Nachweiselektrode gelangen ? ein ungestörter Elektronenfluss ergab somit eine maximale Detektorspannung.
Mittels eines Magnetfelds konnten die Forscher nun im folgenden die Richtung der Elektronenspins während der Bewegung der Elektronen zwischen den beiden Elektroden in kontinuierlicher Weise verändern. Eine somit erzielte Abweichung der Richtung der Elektronenspins von der bevorzugten Tunnelrichtung konnte durch einen Abfall der Ausgangsspannung des Detektors nachgewiesen werden.
Das Experiment des niederländischen Teams ist die erste gelungene Demonstration einer für technische Anwendungen nutzbaren Kontrolle über den Elektronenspin in Metallen und verspricht eine neue Klasse von mikroelektronischen Anwendungen, die auf Elektronenspins basiert. Ähnliche Experimente hatten sich bisher auf Halbleitermaterialien beschränkt.
Stefan Maier
