Die Forschungsgruppe ChiPS („Chiral Phonons for Spintronics“) an der Universität Konstanz widmet sich intensiv der Untersuchung von chiralen Phononen und deren Anwendung in der Spintronik. Spintronik, ein modernes Forschungsgebiet, das sich zunehmend als entscheidend für die Zukunft von Datenspeichern, Sensoren und Kommunikationstechnologien erweist, nutzt nicht nur elektrische Ladung, sondern auch den Elektronenspin. Die DFG fördert die Gruppe seit dem 31. März 2025 mit rund 3,2 Millionen Euro für vier Jahre, mit der Möglichkeit der Verlängerung. Diese Initiative umfasst Partnerinstitutionen wie die Universität Augsburg, die Freie Universität Berlin und RWTH Aachen.
Der Sprecher der Forschungsgruppe, Ulrich Nowak, Professor für Theorie magnetischer Materialien, betont, dass das Hauptziel der Gruppe die Erzeugung, der Transport und der Nachweis von chiralen Phononen ist. Diese speziellen Phononen haben entweder einen links- oder rechtshändigen Drehimpuls und könnten in Zukunft neue Möglichkeiten in der Spintronik eröffnen.
Erzeugung und Bedeutung chiraler Phononen
Nowak und Peter Baum haben bereits 2022 in einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift *Nature* nachgewiesen, wie chirale Phononen durch ultraschnelle Entmagnetisierung entstehen können. Phononen, als Quasiteilchen, stellen kollektive Anregungen der Gitterschwingung in Festkörpern dar. Ihr Potenzial liegt darin, mechanischen Drehimpuls zu transportieren, der mit dem Elektronenspin wechselwirken kann.
Diese Interaktionen könnten die Entwicklung neuartiger Geräte ermöglichen, die elektronisch, spintronisch und phononisch arbeiten. Spintronik selbst bietet, im Unterschied zur klassischen Halbleiterelektronik, neue Dimensionen der Informationsverarbeitung durch die Manipulation von Spins nicht nur mit Magnetfeldern, sondern auch mit elektrischen Feldern.
Zu den technologischen Anwendungen der Spintronik zählen Festplatten mit „Spinvalve“-Dünnschicht-Leseköpfen, die den GMR-Effekt (Riesenmagnetowiderstand) nutzen. Diese Technologie ist entscheidend für die Detektion kleinster magnetischer Domänen und steigert die Speicherkapazität von Festplatten.
Zukunftsausblick und Forschungsmöglichkeiten
Darüber hinaus gibt es seit einigen Jahren Bestrebungen, antiferromagnetische Materialien zu untersucht, die Bits 0 und 1 ähnlich effizient wie ihre ferromagnetischen Pendants darstellen können. Diese Materialien bieten einige Vorteile, wie eine höhere Unempfindlichkeit gegen Streufelder und schnellere Umschaltzeiten.
Die Éxperimente der ChiPS-Gruppe könnten, aufgrund der tiefgründigen Verknüpfung von Spintronik und mechanischen Schwingungen, neue Dimensionen in der Nanotechnologie und Quantentechnologie eröffnen. Das vorliegende Forschungsprojekt zeigt, dass interdisziplinäre Ansätze entscheidend für die Weiterentwicklung von Technologien und deren Anwendung in der modernen Welt sind. Die Zukunft der Spintronik könnte somit stärker von chiralen Phononen geprägt werden, als es bisher gedacht wurde.
