Spintronik Ein magnetischer Transistor mit 10-facher Schaltleistung und integriertem Speicher

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Ein Forschungsteam des MIT hat einen neuartigen Transistortyp auf Basis eines magnetischen Halbleiters entwickelt, der Logik und Speicher in einem Bauteil vereint. Das Konzept verspricht kompaktere, schnellere und energieeffizientere Elektroniklösungen.

Forschende am MIT haben einen neuartigen magnetischen Transistor entwickelt, der sowohl elektrische Ströme schalten als auch Informationen speichern kann. Damit kombinieren sie zwei Funktionen in einem einzigen Bauteil. Die Innovation könnte die Grundlagen zukünftiger Elektroniksysteme verändern.

Der neue Transistortyp ersetzt Silizium durch das magnetische Halbleitermaterial Chrom-Schwefel-Bromid (CrSBr). Dieses zweidimensionale Material ermöglicht eine präzise Steuerung seiner magnetischen Zustände. Durch diese Umschaltung lassen sich auch die elektronischen Eigenschaften beeinflussen.

Die Forscher umgehen damit eine physikalische Grenze konventioneller Siliziumtransistoren, die unterhalb einer bestimmten Spannung nicht mehr effizient arbeiten. Der magnetische Ansatz eröffnet neue Spielräume für den Energieverbrauch. Gleichzeitig steigt das Potenzial für Miniaturisierung.

Schnellere Schaltleistung, höhere Stabilität

Die Schaltleistung des neuen Transistors übertrifft bisherige magnetische Designs deutlich. Während klassische spintronische Bauteile nur geringe Stromänderungen erzielen, erreicht das MIT-Modell eine 10-fache Schaltleistung im Vergleich zu bisherigen Bauteilen dieser Art. Das führt zu stärkeren und zuverlässigeren Ausgangssignalen.

Das Material bleibt im Gegensatz zu vielen anderen 2D-Materialien auch an der Luft stabil. Diese Eigenschaft erleichtert die Handhabung und Integration in praktische Anwendungen. Zudem wurde der Herstellungsprozess so optimiert, dass die empfindlichen Materialschichten nicht verunreinigt werden.

Für die Fertigung wird das Material mithilfe von Klebeband auf ein Siliziumsubstrat übertragen. Auf den Einsatz von Lösungsmitteln oder Klebstoffen wird bewusst verzichtet. Die saubere Oberfläche verbessert die elektrische Performance deutlich.

Anfangs wurde die Magnetisierung des Materials durch externe Magnetfelder gesteuert. Das ermöglichte bereits eine energieeffiziente Umschaltung. Inzwischen lässt sich der magnetische Zustand auch elektrisch beeinflussen – ein entscheidender Schritt für die Integration in Chips.

Logische Zustände steuern und Informationen behalten

Durch die Kombination aus Transistor- und Speichereigenschaften kann das Bauteil gleichzeitig logische Zustände steuern und Informationen behalten. In herkömmlichen Architekturen sind dafür getrennte Komponenten nötig. Der neue Ansatz reduziert somit die Komplexität von Schaltkreisen.

Diese integrierte Funktionalität spart Platz auf dem Chip und vereinfacht das Design zukünftiger Elektroniksysteme. Sie bietet Vorteile für Anwendungen mit hohen Leistungs- und Effizienzanforderungen. Gleichzeitig verbessert sich die Auslesegeschwindigkeit durch das stärkere Ausgangssignal.

Langfristig könnten solche magnetischen Transistoren in skalierbaren Arrays produziert werden. Das eröffnet Perspektiven für neue Speicher- und Logikarchitekturen in Bereichen wie IoT, mobile Geräte oder Hochleistungsrechner. Erste Schritte in Richtung Serienfertigung sind bereits geplant.

Die Entwicklung belegt das Potenzial von Spintronik als Brückentechnologie zwischen klassischer Halbleiterphysik und magnetischen Effekten. Mit ihrer Studie, die im Fachblatt Physical Review Letters veröffentlicht wurde, demonstrieren die MIT-Forscher, wie sich magnetische Funktionalität effizient in elektronische Systeme integrieren lässt. Der nächste Entwicklungsschritt ist die vollständige elektrische Steuerung und industrielle Skalierung.(sg)

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