Magnetisches Silizium nährt Rechner-Träume

Könnte man Information in einem Transistor statt nur in Form von Ladung zusätzlich auch als magnetische Polarisierung speichern, wären wesentlich komplexere als binäre Rechenvorgänge und höhere Speicherdichten möglich. Statt nur zwei Zustände könnte ein einzelner Transistor dann deren vier einnehmen. Statt von Elektronik wird bei dieser Technik wegen der sogenannten Spinzustände, die Magnete einnehmen von Spintronik gesprochen.
Bisher bekannte magnetische Halbleiter waren aber nicht mit der gebräuchlichen Silizium-Herstellungstechnik kompatibel und darum unwirtschaftlich. Versuche, dem Silizium selber magnetische Eigenschaften beizubringen, brachen die Kristallstruktur und damit die Leitfähigkeit. Jetzt hat der Materialwissenschaftler Steve Pearton von der University of Florida eine Siliziumlegierung gefunden, die die gewünschten Eigenschaften zeigt allerdings nur bei Temperaturen unter minus 220 Grad Celsius.

Die von Pearton gefundene Legierung ist damit zwar nicht praktisch einsetzbar. Aber sie ist ein «proof of concept» und damit ein Startpunkt für die gezielte Suche nach
Mischungen, die auch bei höheren Temperaturen funktionsfähig sind. Pearton hat dem Silizium Magnetismus beigebracht, indem er es mit Eisen mischte und die Legierung dann mit Magnesium verunreinigte. Steigt bei dieser Verbindung die Temperatur über minus 220 Grad Celsius, werden die magnetischen Dipole destabilisiert. Die Aufgabe besteht nun darin, Atome zu finden, die den Magnetismus besser stabilisieren. Als Grenztemperatur für die praktische Anwendung gelten 50 Grad.

Spintronik ermöglicht aber nicht nur in Verbindung mit herkömmlicher Elektronik höhere Funktionsdichten auf den Halbleitern. Nutzt man nur die magnetische Polarisierung, werden zum einen siliziumbasierte, nicht-flüchtige Halbleiter-Speicherbausteine möglich, wodurch beispielsweise der Bootvorgang beim Rechnerstart überflüssig
würde. Zum anderen können magnetische Momente mit wesentlich weniger Energieaufwand verändert werden, so dass auch der Energieverbrauch von magnetischen Rechnern bedeutend kleiner wäre.