Startschuss für ASPIMATT - Deutsch-japanisches Projekt erforscht neue Materialien zur Datenspeicherung

Wissenschaftler aus Mainz, Kaiserslautern und dem japanischen Sendai arbeiten gemeinsam an neuen Werkstoffen für die Spintronik

Die deutsch-japanische Forschergruppe ASPIMATT mit Wissenschaftlern aus Mainz und Kaiserslautern hat die Nase vorn: Sie gehört zu den drei ersten deutsch-japanischen Forschergruppen, die eine Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) erhalten. Ursprünglich waren 19 Konzepte für Kooperationen eingegangen. ASPIMATT erforscht neue Werkstoffe für die Spintronik, eine relativ junge Forschungsrichtung, die den Eigendrehimpuls von Elektronen für die Darstellung von Informationen nutzt. Dies ist nach Mitteilung der DFG ein vielversprechender Ansatz für eine hochleistungsfähige Datenspeicherung. Sprecherin der Forschergruppe ist auf deutscher Seite Prof. Dr. Claudia Felser vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der Universität Mainz, eine renommierte Forscherin auf dem Gebiet magnetischer Materialien für die Spin-Elektronik und Direktorin der Graduiertenschule "Materials Science in Mainz" der Bundesexzellenzinitiative.

Auf japanischer Seite ist die Tohoku Universität, Sendai beteiligt, die im Rahmen der Forschungskooperation von der japanischen Partnerorganisation JST - Japan Science and Technology Agency gefördert wird. Sprecher ist hier Prof. Dr. Yasuo Ando. "ASPIMATT: Neuartige Materialien und Transportphänomene in der Spin-Elektronik" - so die vollständige Bezeichnung - ist offiziell am 19. April mit einer Auftaktkonferenz in Sendai gestartet. Wegen des Flugverbots infolge des isländischen Vulkanausbruchs konnte allerdings die deutsche Delegation nicht anreisen und nahm mit einer Videobotschaft an der Eröffnungszeremonie teil.

Die Spin-Elektronik, oder kurz Spintronik, ist eine Zukunftstechnologie, die den Spin anstelle der Ladung der Elektronen für die Verarbeitung und den Transport von Informationen nutzt. Elektronen besitzen nämlich neben der Ladung einen kleinen Magneten, den Spin, der in zwei verschiedene Richtungen ausgerichtet sein kann und so als Informationsträger dient. Auf der Basis von Spin-Effekten können höchst empfindliche magnetische Sensoren gebaut werden. Diese werden z.B. in Leseköpfen von Festplatten, als Magnetsensoren in der Automobilbranche oder in neuen Computerspeicherbausteinen eingesetzt.

Die deutsch-japanische Forschergruppe hat sich zum Ziel gesetzt, für diese Einsatzzwecke neue Materialien zu entwickeln und auch neue Transportphänomene für den Spin zu erkunden. Die besten Elektroden-Materialien in Bauelementen der Spintronik sind sog. halbmetallische Ferromagnete, Materialien in denen nur Elektronen einer Spinrichtung am Stromtransport teilnehmen. Weltweit führend forschen Mainzer Wissenschaftler über die Heusler-Verbindungen, eine Materialklasse mit mehr als 800 Verbindungen, von denen über 50 halbmetallisch und gleichzeitig ferromagnetisch sind. Einige dieser Materialien sind sogar bei Temperaturen über 700°C noch magnetisch. Sie können in weiten Eigenschaftsbereichen entworfen und hergestellt werden und so für spezifische Aufgaben in der Sensortechnologie und der Datenspeicherung optimiert werden. Die Forschungsarbeiten zielen auf neue Materialien mit angepassten Eigenschaften wie z.B. hohe Grenztemperaturen für Ferromagnetismus, niedrige oder hohe Spindämpfung, hohes oder niedriges magnetisches Moment und hohe magnetische Anisotropie, aber auch auf neue Halbleitermaterialien mit großen Spindiffusionslängen.

Die in Mainz entwickelten Materialien werden in Kaiserlautern mit aufwändigen magnetischen Analyseverfahren untersucht. Schnelle Schaltzeiten, hohe thermische und magnetische Stabilität, geringes Rauschen und hohe Speicherdichten sind die gegenwärtigen Herausforderungen. Die japanischen Forscher bringen technologisches Know-how ein und schließen so in einem gemeinsamen Vorgehen den Bogen von der Grundlagenforschung hin zur Anwendung.

Schon seit 10 Jahren arbeiten Chemiker und Physiker aus Mainz und Kaiserslautern mit Physikern und Elektroingenieuren aus Sendai informell zusammen. Diese informelle Kooperation wurde nun durch die DFG und das JST in der Forschergruppe ASPIMATT institutionalisiert. In ASPIMATT entwickeltes Know-how kommt später auch Unternehmen in Deutschland zugute. Das Land Rheinland-Pfalz fördert eine Technologieplattform "Spintronik", die deutsche und insbesondere rheinland-pfälzische Firmen bei der Umsetzung der Ergebnisse in Produkte unterstützt.