Zentrum für chirale Elektronik: Ultraschnelle, energiesparende und sehr stabile Datenspeicherung
Die digitale Welt besteht aus Daten, Daten, Daten. Und je mehr es werden, desto drängender wird die Frage: Wie können Datenspeicherung und Informationsverarbeitung enorm viel schneller, energieeffizienter und stabiler werden? Um diese Herausforderungen zu lösen, braucht es vor allem neue Materialien mit den gewünschten Eigenschaften. Die länderübergreifende Exzellenzcluster-Initiative „Center for Chiral Electronics“ will daher mit einem innovativen Ansatz die Grundlagen für neue molekulare, spintronische und supraleitende Bauelemente schaffen. In einem eigens dafür geplanten Zentrum für chirale Elektronik wollen die Forschenden Chiralität, Spinphysik und Elektronik miteinander koppeln. Das Ziel: Neue Funktionen und Eigenschaften in elektronischen Bauteilen zu ermöglichen.
„Unser Forschungsvorhaben können wir nur gemeinsam stemmen, mit der komplementären Expertise aus allen Partnereinrichtungen. Die drei Schlüsselbereiche müssen ineinandergreifen. Und das ist nur in einem größeren Konsortium wie diesem denkbar – wo man verschiedene Seiten beleuchtet, sich gegenseitig befruchtet und der Austausch, auch für die Nachwuchswissenschaftler:innen, zu einem echten Mehrwert wird.“
Prof. Dr. Georg Woltersdorf
Enorme technologische Potenziale der Chiralität mit dem Spin des Elektrons kombinieren
Im Groben stellt sich der Ansatz dafür so dar: Anders als in der heutigen Informationsverarbeitung basieren diese Bauteile nicht nur auf elektrischen Strömen, sondern auch auf dem Spin des Elektrons. Dabei handelt es sich um eine quantenmechanische Eigenschaft, die den Elektronen ein magnetisches Moment mit zwei quantisierten Einstellmöglichkeiten verleiht. Zudem machen sich die Forschenden die Chiralität zunutze, eines der wichtigsten Prinzipien in der Natur. Sie beschreibt das Phänomen, dass sich manche Dinge, beispielsweise unsere rechte und linke Hand, wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten, aber nie zur Deckung gebracht werden können. So bestehen beispielsweise chirale Moleküle unterschiedlicher Händigkeit (sogenannte Enantiomere) aus denselben Bestandteilen, unterscheiden sich aber in deren Anordnung.
Komplementäre Expertise aus allen Partnereinrichtungen
Ein ehrgeiziges Forschungsprogramm also, dessen Erfolg auf der komplementären Expertise aus allen Partnereinrichtungen basiert. Beispielsweise wird der Forschungsschwerpunkt zu chiralen Materialien in Halle mit der Expertise zur ultraschnellen Spindynamik in Berlin und der kohärenten Starkfeldkontrolle in Regensburg kombiniert. Der Impact des beantragten Exzellenzclusters liegt aber nicht nur im Inhaltlichen, sondern auch im Strukturellen: Denn es ist geplant, die Forschungsprofile der drei Universitäten weiter zu stärken und miteinander zu verknüpfen. Die Forschenden möchten Berufungen beschleunigen, international Nachwuchsforscher:innen anwerben und Strukturen zur Unterstützung der Zusammenarbeit schaffen. Mit einem Outreach-Programm wollen sie zudem die physikalische Ausbildung in Schulen und die Vielfalt fördern.
Netzwerk
Antragstellende Universitäten:
- Institut für Physik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU)
- Freie Universität Berlin (FU)
- Universität Regensburg
Weitere beteiligte Einrichtungen:
- Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik
- Max-Born-Institut Berlin