spintronische

Spintronik ist ein Teilgebiet der Elektronik und der Festkörperphysik, das elektronische Bauelemente entwickelt, die neben der elektrischen Ladung auch den Elektronenspins nutzen. Der Spin ist der intrinsische Drehimpuls des Elektrons und besitzt ein magnetisches Moment; damit lassen sich Spinpolarisation, Magnetisierung und magnetische Zustände beeinflussen. Ziel der Spintronik ist es, Informationen effizienter zu speichern, zu übertragen und zu verarbeiten als mit herkömmlicher Ladungstransporttechnik.

Zentrale Phänomene sind magnetoresistive Effekte, bei denen der Widerstand von der relativen Orientierung der Magnetmomente abhängt. GMR (Giant Magnetoresistance) und TMR (Tunneling Magnetoresistance) haben die Speicher- und Sensortechnologie maßgeblich beeinflusst. Spin-Transfer-Torque (STT) und Spin-Orbit-Torque (SOT) ermöglichen das Ändern von Magnetisierungen durch Spinströme. Weitere Effekte umfassen den Spin-Hall-Effekt, der Spinpolarisation aus einem Strom senkrecht zur Elektronenbahn erzeugt, und Materialien wie ferromagnetische Metalle (Fe, Co, Ni, Permalloy), Heusler-Legierungen, diluite Magnetic Semiconductors und Topologische Isolatoren.

Anwendungen umfassen magnetoresistive Random-Access-Memory (MRAM), magnetische Sensoren und spinbasierte Logikbausteine, mit Ausblick auf integrierte Systeme neben der klassischen CMOS-Technologie und potenziell neuromorphe oder Quantenanwendungen. Die Forschung konzentriert sich auf materialwissenschaftliche Optimierung, Energieeffizienz, Skalierbarkeit und die stabile Kopplung von Spin-Phasen mit bestehenden Halbleiterprozessen.