Magnetische Halbleiter bei Raumtemperatur

Heutige elektronische Bauteile nutzen ausschließlich die elektrische Ladung von Elektronen. Dabei trägt jedes Elektron als bisher brachliegende Information den so genannten Spin: Es rotiert in die eine oder andere Richtung und wird dadurch zu einem winzigen Magneten. Diese Information für elektrotechnische Anwendungen zu nutzen, ist ein alter Traum der Forschung.

Halbleiter sind normalerweise nicht magnetisch. Versuche, sie dauerhaft magnetisch zu machen, gelangen bisher nur bei extrem tiefen Temperaturen – untauglich für technische Anwendungen. Ausgehend von theoretischen Überlegungen wählten die Bochumer Forscher für ihre Studien Titanoxid und Zinkoxid für eine Dotierung mit magnetischen Metallen wie Kobalt aus. In einem Teilchenbeschleuniger wurden die Ionen implantiert. Den so behandelten Halbleiter erhitzten sie, damit die Ionen die Gitterplätze einzelner Halbleiteratome im Kristallgitter einnehmen und Defekte ausheilen.

Mit einer aufwendigen Messkammeruntersuchung stellten die Wissenschaftler nun fest, dass die magnetischen Metallionen tatsächlich wie gewünscht auf einzelnen Gitterplätzen im Halbleiter Platz genommen hatten. Überdies war ihr Magnetismus stabil geblieben. „Es steht jetzt schon fest, dass die Ionenimplantation von Kobalt in Titanoxid oder Zinkoxid erfolgreich zu neuen Halbleitermaterialien führt, die ferromagnetisches Verhalten bei Raumtemperatur und darüber hinaus aufweisen“, sagt Prof. Zabel von der RUB. Die Grundvoraussetzung für weitere Entwicklungen in Richtung von spintronischen Bauelementen sei damit gegeben. (dsc)