[08.07.2016] Es ist die Vision eines Computers, der effizient und fast ohne Hitzeentwicklung arbeitet: Einem Team von Wissenschaftlern – unter anderem vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) – ist es gelungen, sogenannte multiferroische Cluster stromlos zu schalten. Diese Entdeckung könnte einen weiteren Schritt hin zur nächsten Generation von Computerchips ermöglichen. Die Ergebnisse hat das Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ als Leitartikel veröffentlicht.

Heutige Rechner auf Basis von Halbleitertechnologie benötigen viel Energie. Als unerwünschter Nebeneffekt entsteht viel Wärme, die die Leistung begrenzt. Eine Lösung für Speicher könnten magnetoelektrische Schaltungen sein, die in der Theorie deutlich energieeffizientere elektronische Bauteile als herkömmliche Halbleitertechnologie ermöglichen. Das Problem: Bisher kannte man nur Materialien, die erst weit unter Raumtemperatur starke magnetoelektrische Effekte aufweisen. Dies macht deren tatsächlichen Einsatz im Alltag unmöglich.

Nun hat ein Team aus CENIDE-Wissenschaftlern und internationalen Partnern neuartige multiferroische Cluster entdeckt. Dabei handelt es sich um Bereiche von nur wenigen Nanometern Größe, die starke ferroelektrische und magnetische Eigenschaften besitzen. Diese Aspekte sind zentrale Punkte innerhalb der DFG-Forschergruppe 1509 „Ferroische Funktionsmaterialien“, in der die beiden Koautoren Prof. Dr. Heiko Wende und Prof. Dr. Doru Lupascu in einem gemeinsamen Projekt zusammenarbeiten. Diese nanoskaligen Cluster könnten sich künftig als Informationsträger für Computerchips eignen und durch ihren geringen Stromverbrauch Prozessoren mit sehr hoher Taktfrequenz ermöglichen.

Das Forscherteam um Dr. Leonard Henrichs konnte zeigen, dass die magnetischen und ferroelektrischen Eigenschaften der Cluster stark miteinander wechselwirken. Den Wissenschaftlern gelang es, die Magnetisierung der Cluster stromlos und nur mithilfe von elektrischer Spannung zu schalten. Dabei konnten sie zudem den größten Kopplungseffekt messen, der je für solche Materialien dokumentiert wurde.

Die Eigenschaften der multiferroischen Cluster ändern sich sehr stark in Abhängigkeit von einem von außen angelegten Magnetfeld, daher können die Cluster auch als Magnetfeldsensoren genutzt werden. Künftige Anwendungen solcher Sensoren könnten möglicherweise in der Medizin für bildgebende Verfahren genutzt werden und heutige Verfahren verbessern.

Originalpublikation:
DOI: 10.1002/adfm.201503335

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Heiko Wende, Fakultät für Physik, Tel. 0203/379-2838/2385, heiko.wende@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de