Forschung 28.03.2020, 13:15 Uhr

«Spin-Kondensator» soll Festplatten ersetzen

Britischen Wissenschaftlern ist es erstmals das längerfristige Festsetzen des Elektronenspins im Labor gelungen. Für die Datenspeicherung könnte dadurch ein Quantensprung anstehen.
Versuchsaufbau für den «Spin-Kondensator»
(Quelle: University of Leeds )
Forschern unter der Leitung von Physikern der University of Leeds ist ein Durchbruch gelungen, der energiesparendere Elektronik mit geringerer Hitzeentwicklung in Aussicht stellt. Sie haben einen «Spin-Kondensator» entwickelt, der erstmals den Spin von Elektronen festlegen und über mehrere Stunden halten kann. Das könnte speziell für die Datenspeicherung einen regelrechten Quantensprung bedeuten.

Genialer Daten-Dreh

Elektronen haben nicht nur eine elektrische Ladung, sondern auch einen Eigendrehimpuls, den sogenannten Spin. Diese Quanteneigenschaft könnte Daten speichern - doch bislang war es nie gelungen, einen Elektronenspin für mehr als Sekundenbruchteile festzuschreiben. Das ändert sich mit dem neuen Spin-Kondensator, der die Eigenschaften einer Materialgrenzschicht zwischen Kohelenstoff-Buckyballs und Manganoxid ausnutzt. Damit gelingt es, quasi den Spin von Elektronen einzufrieren und das selbst bei Raumtemperatur für bis zu mehrere Stunden, wie die Forscher in «Science Advances» berichten.
«Das ist ein kleiner, aber signifikanter Durchbruch bei etwas, das eine Revolution in der Elektronik auslösen könnte, die durch Nutzung der Prinzipien der Quantentechnologie getrieben wird», meint Oscar Cespedes, Professor am Institut für Physik und Astronomie. Den Spinzustand von Elektronen mittels Licht oder elektrischem Feld zu kontrollieren, hat beispielsweise das Potenzial, extrem kompakte Datenspeicher zu ermöglichen. Ein nur ein Quadratzoll grosser Spin-Kondensator könnte 100 Terabyte an Daten fassen, die Technologie beispielsweise Magnetspeicher auf Dauer komplett verdrängen.

Grosses Sparpotenzial

Technologien, die Elektronenspins ausnutzen, bieten zudem grosses Energiesparpotenzial. «Derzeit gehen bis zu 70 Prozent der Energie in einem Elektronikgerät, wie einem Computer oder einem Handy, als Wärme verloren», betont Cespedes. Das liegt an der Bewegung der Elektronen in den Schaltkreisen. «Quanteneffekte, die Licht und umweltfreundliche Elemente nutzen, könnten Wärmeverluste vermeiden», meint der Physiker. Allgemein hofft das Team, dass quanteneffektbasierte Technologien Elektronik schneller und energieeffizienter machen.


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