Spinpolarisierte

Spinpolarisierte Elektronen oder andere Fermionen liegen vor, wenn sich ihre Spins nicht gleichverteilt ausrichten, sondern eine bevorzugte Orientierung besitzen. Die Spinpolarisierung P beschreibt das Verhältnis der Unterschiede der Anzahlen von Spins in zwei Richtungen: P = (N↑ − N↓)/(N↑ + N↓). In Materie hängt die Polarisation oft von der elektronischen Struktur ab: In Ferromagneten führt der Austauschwechsel zu einer Aufspaltung der Bänder und zu einer intrinsischen Spinpolarisation am Fermi-Niveau.

Spinpolarisierung kann erzeugt werden durch: 1) Ferromagnetische Kontakte oder Quellen, die spinorientierte Elektronen in Nichtmagneten injizieren; 2) Optische Orientierung durch kreisförmig polarisierte Lichtquellen, das sogenannte optische Spin-Orientation; 3) Spin-Filter- oder Tunnelbarrieren, die eine bevorzugte Spinrichtung beim Transport durchlassen.

Messung der Spinpolarisierung erfolgt mit spinaufgelöster Spektroskopie oder magneto-optischen Methoden, zum Beispiel spin-resolved Photoemission, Andreev-Reflexion, nichtlokale Spin-Valve-Messungen oder spinpolarisiertes STM. Aus den Messungen lassen sich P-Werte oder Spin-Längen ableiten, und auch indirekt aus magneto-optischen Kerr-Effekten bestimmen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Spintronik: spinpolarisierte Ströme ermöglichen Bauelemente wie magnetische RAM (MRAM), Spintransistoren und spinbasierte Leuchtquellen. Die Forschung konzentriert sich auf effiziente Erzeugung und Erhaltung der Polarisation, langsame Spin-Relaxation und Dephasing durch Spin-Orbit-Kopplung sowie auf die Integration spinpolarisierter Signale in reale Nanostrukturen.