Spin von Elektronen erstmals sichtbar gemacht

Die Erforschung des Spins ist eines der spannendsten Felder der Quantenmechanik, weil sich der Spin von Elementarteilchen wie Elektronen bisher zwar bestimmen und auch manipulieren ließ, aber die Darstellung der Effekte solcher Experimente nicht zur gleichen Zeit erfolgen konnte. Daher konnten die Wissenschaftler nie sicher sein, wie sich der Messaufbau auf das Verhalten des Spins selbst auswirkt.

Das ist nach einer Mitteilung der Universität von Ohio nun gelungen. Die Experimente fanden an der Universität von Hamburg statt, wurden aber auch von Forschern aus Ohio mit US-Fördergeldern unterstützt.

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Pfeile zeigen den Spin der Kobaltatome

Unter einem Rastertunnelmikroskop brachten die Wissenschaftler dabei Kobaltatome auf einer Oberfläche aus Mangan an. Die Kobaltatome mit ihren Orbitalen stellen sich unter dem Mikroskop als Erhebungen dar. Die Form dieser Erhebungen lässt sich durch die mit Eisen beschichtete Spitze des Mikroskops beeinflussen: Ist der Spin eines Elektrons nach oben gerichtet, erscheint eine Erhebung. Ist der Spin nach unten gerichtet, werden zwei flachere Erhebungen gleicher Höhe sichtbar.

Laut Darstellung der Wissenschaftler lässt sich aus dem gemessenen Spin sogar schließen, in welchem Winkel die Spitze des Mikroskops zu den Kobaltatomen steht - das erinnert an Methoden zum Lesen und Schreiben von Daten, etwa an die Nadel eines Plattenspielers.

Ein Ziel der Spintronik ist, den Spin zur Datenspeicherung zu verwenden. Toshiba etwa forscht in dieser Richtung, hat jedoch erste Transistoren mit Spintronik frühestens für 2015 in Aussicht gestellt. Denn die Bedingungen für einen kontrollierbaren Spin sind derzeit nur etwas fürs Labor: Die Wissenschaftler in Hamburg mussten für ihr Experiment ein Hochvakuum erzeugen und mit flüssigem Helium den Aufbau auf 10 Kelvin kühlen.

Das Team um den Hamburger Andre Kubetza hat seine Arbeit auch bei Nature Nanotechnology veröffentlicht.