SpintechnologieAnwendungen

Spintechnologie nutzt den Spin des Elektrons neben seiner Ladung, um Informationen zu speichern, zu übertragen und zu verarbeiten. Kerneffekte sind GMR (Giant Magnetoresistance) bzw. TMR (Tunnel-M Magnetoresistance) sowie Spin-Transfer-Torque (STT) und Spin-Orbit-Torque (SOT).

Im Speicherbereich dominieren MRAM-Lösungen, insbesondere STT-MRAM und SOT-MRAM. Diese nichtflüchtigen Speicher bieten schnelle Zugriffszeiten, hohe Haltbarkeit und gute Skalierbarkeit, stehen aber vor Kosten- und Wärmeherausforderungen, die es noch zu lösen gilt.

Magnetische GMR- und TMR-Sensoren werden in Festplatten-Head-Systemen, in Automotive- und Industrieanwendungen sowie in Sensorpaketen genutzt, wo geringe Leistungsaufnahme und hohe Empfindlichkeit gefragt sind.

Für Logik und Speicher finden Konzepte wie Spin-Logic, Racetrack-Memory (Domain-Wall-Speicher) und Magnonik Beachtung, um informationsverarbeitung mit Spinwellen und domänenbasierter Speicherung zu realisieren.

Im Bereich der Quanteninformation werden Spin-Qubits in Quantenpunkten, Donor-Spins in Silizium und NV-Zentren in Diamant erforscht, die Potenzial für Quantenrechner und hochauflösende Sondentechnik bieten.

Typische Materialien sind ferromagnetische Schichten wie CoFeB und MgO-Barrieren für TMR, sowie Heavy-Metal-Schichten wie Pt, Ta und W für SOT. Die Integration in CMOS-Prozesse, die Interfacialqualität, Temperaturstabilität und Kosten bleiben zentrale Herausforderungen.

Ausblick: MRAM-Varianten und magnetische Sensorik wachsen weiter; Forschung zu neuen Materialien, 3D-MRAM und hybriden Systemen soll Prozesseffizienz erhöhen und neue Anwendungsfelder erschließen.