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Posted: August 20, 2008

Kohlenstoff bringt Magnetismus in die Elektronik

(Nanowerk News) Forscher in Japan stellten vor einigen Jahren in einem Experiment zufällig eine Verbindung aus Silizium, Mangan und Kohlenstoff her, die unerwarteterweise auch bei Raumtemperatur ferromagnetisch war. Da Silizium das wichtigste Material für die Herstellung von Handy- oder Computerchips ist, rufen neue magnetische Eigenschaften von Silizium-Verbindungen immer ein grosses Echo hervor. Forschern aus Karlsruhe und Dresden gelang nun die Herstellung von magnetischen "Nano-Drähten" aus diesem Material. Hierzu implantierten sie Kohlenstoff-Ionen bei erhöhter Temperatur in Mangansilicid.
Das Ergebnis wurde vor kurzem in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht ("Magnetic order by C-ion implantation into Mn5Si3 and Mn5Ge3 and its lateral modification").
quantum dot exposed skin 24 hours after application and UVR irradiation
Aufnahmen von Mangansilicid mit durch eine Goldmaske implantierten Kohlenstoff-Ionen. Die Quadrate sind 7 x 7 Quadratmikrometer gross. (s. Veröffentlichung, 2008, Abdruck mit freundlicher Genehmigung von American Institute of Physics)
Dr. Christoph Sürgers von der Universität Karlsruhe und Dr. Kay Potzger vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) beschäftigen sich mit der Wechselwirkung magnetischer und elektronischer Eigenschaften von Materialien. Jedes Elektron ist quasi ein winzig kleiner Magnet, denn es verfügt über eine Eigenrotation, den Spin. Da der Spin mindestens zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten hat, bietet sich seine Nutzung als Informationsträger (ein/aus bzw. 0/1) an.
Bereits in den 1980er-Jahren entdeckten die Physik-Nobelpreisträger des Jahres 2007, Grünberg und Fert, den Riesenmagnetowiderstand ("Giant Magnetoresistance - GMR"), der Festplatten mit einem Speichervermögen von vielen Giga-Byte ermöglicht. Damit begründeten sie die zukunftsträchtige Spinelektronik oder auch Spintronik. Die Reduzierung der Grösse der Leiterbahnen bis in den Nanometerbereich (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) könnte jedoch auch völlig neuartige Effekte erzeugen, ja sogar zu stabileren Schaltkreisen führen.
Diese Herangehensweisen wurden nun im Ionenstrahlzentrum des FZD auf der Grundlage von Materialien aus Karlsruhe erfolgreich kombiniert. Dr. Kay Potzger implantierte Kohlenstoff-Ionen in eine dünne Schicht aus Mangansilicid (Mn5Si3). Um den neuen Materialverbund besser untersuchen zu können, entschloss er sich, die Kohlenstoff-Ionen erstmals mit Hilfe einer Lochmaske in kleine quadratische Flächen zu implantieren. Bei den während der Implantation verwendeten Substrat-Temperaturen von ca. 450 °C wandert der Kohlenstoff jedoch vom Zentrum der Quadrate an die Ränder und bildet dort regelmässige ferromagnetische Nano-Drähte aus Mangan, Silizium und Kohlenstoff. In den Nano-Drähten liegen die durch die Elektronen erzeugten magnetischen Momente parallel zueinander ausgerichtet vor.
Dieser Zustand ist ideal geeignet für weitere Arbeiten, die sich dem Transport von Elektronen in Nano-Drähten widmen werden. Die Forscher wollen gezielt Defekte in dünnen Materialschichten erzeugen, die als "Falle" für den implantierten Kohlenstoff dienen sollen.
Weitere Informationen:

Dr. Kay Potzger

Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung

Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)

Tel.: 0351 260 - 2423 bzw. 0172 384 4402

Email: k.potzger@fzd.de

Dr. Christoph Sürgers

Physikalisches Institut / Zentrum für funktionale Nanostrukturen

Universität Karlsruhe

Tel.: 0721 608 - 3456

Email: christoph.suergers@pi.uka.de

Source: The Daily Mirror
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