Spinpolarisation: vom Stern Gerlach Experiment zum Riesenmagnetowiderstandseffekt

Prof. Dr. Peter Grünberg,
Forschungszentrum Jülich,
Institut für Festkörperforschung
,
Nobelpreis für Physik 2007


Elektronen haben eine Ladung und einen Spin, und bis vor nicht sehr langer Zeit war es üblich, beide getrennt von­einander zu betrachten. In der konventionellen Elektronik werden mithilfe elektrischer Felder Ladungen manipuliert, während die Spins keine Rolle spielen. Andere klassische Technologien (z.B. Magnetaufzeichnungsverfahren) nutzen den Elektronenspin, allerdings nur in seiner makroskopischen Erscheinungsform, d. h. der Magnetisierung eines Ferromagneten. Diese Situation begann sich 1988 zu ändern, als die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR; giant magneto-resistance) in magnetischen Multi­schichten die Möglichkeit einer wirkungsvollen Steuerung der Elektronenbewegung durch Einwirkung auf den Elektronenspin über die Orientierung einer Magnetisierung eröffnete. Dies löste die Entwicklung eines neuen Forschungs- und Technologie­feldes aus, das wir heute als Spintronik kennen und das in seinen Anwendungen den Einfluss des Spins auf die Beweglichkeit der Elektronen in ferromagnetischen Materialien nutzt. Die Entdeckung des GMR war der erste Schritt hin zu einer Technologie, die es ermöglichte, diesen Einfluss zur Steuerung elektrischer Ströme zu nutzen. Die Anwendung des GMR in Festplattenleseköpfen trug in großem Maße zum raschen Anstieg der Speicherkapazitäten von Festplatten bei und führte zur Verbreitung der Festplattentechnologie in elektronischen Geräten. Die sich anschließende Entwicklung der Spintronik deckte viele andere Phänomene auf, die mit der Steuerung und Manipulation von Spinströmen zusammenhängen. Das Forschungsfeld wächst weiterhin beträchtlich und brachte in jüngerer Zeit vielversprechende neue Richtungen wie Spintransfer, Halbleiterspintronik, molekulare Spintronik oder Einelektronen-Spintronik hervor.