Spin-Elektronik bei organischen Transistoren

Physikern der Universität von Utah ist es gelungen, elektrischen Strom über den Spin von Elektronen zu steuern. Dieser Erfolg gilt als wichtiger Fortschritt auf dem Weg zu einem organischen Spin-Transistor, ein Kunststoff-Halbleiter für ultraschnelle Computer und Elektronik. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden aktuell von Christoph Boehme and John Lupton im Journal „Nature Materials“ veröffentlicht.

Als weiteres Ergebnis dieser Untersuchungen zeigte sich, dass es wohl schwieriger werden wird als bislang vermutet wurde, hocheffiziente LEDs aus organischen Materialien zu konstruieren. Die Grenze bei LEDs dürfte ein Wirkungsgrad von etwa 25% sein, was deutlich weniger als die bisherigen Spekulationen ist, die bis zu 63% reichten.
Die vielversprechenden Eigenschaften von Spin-Transistoren und die entsprechend enttäuschenden Grenzen organischer LEDs entstammen alle einem Experiment, das organische Halbleiter mit Spin-Elektronik oder „Spintronik“ kombiniert, bei welcher es sich um ein Spezialgebiet der Quantenmechanik handelt.

Die Prinzipien sind folgende: Neben der elektrischen Ladung weisen manche Atomkerne und alle Elektronen eine Eigenschaft mit der Bezeichnung Spin auf. Dieser Spin wird als Analogie oft wie eine Art Stabmagnet beschrieben, der aufwärts oder abwärts orientiert ist. Bei gewöhnlichen Transistoren fließen Elektronen als elektrischer Strom. Binäre Information in Computern wird als Stromfluss oder gespeichert als elektrische Ladung (in Form von Elektronen) codiert. Forscher hoffen nun, kleinere und schnellere Schaltelemente und somit leistungsfähigere Computer dadurch zu realisieren, dass auch der besonders schnell umschaltende Spin für Speicherung und Übertragung von Information nutzbar gemacht werden kann.

Schon 2004 ist die experimentelle Nutzung des Spins bei nichtorganischen Halbleiter-Materialien gelungen. Neu ist demnach, dass das Schreiben und das Lesen des Spins nun auch bei organischen Materialien möglich ist. Wenn die industrielle Nutzung eines Tages möglich sein sollte, wird mit um einige Größenordnungen höheren Schaltgeschwindigkeiten gegenüber heutigen Halbleitern gerechnet.