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Quantentheorie der Festkörper
Aktuelles
13.01.2025: Unterstützung für geplantes Exzellenzcluster: Physiker Samir Lounis tritt Professur an der MLU an
Prof. Dr. Samir Lounis ist seit Januar 2025 neuer Professor für Quantentheorie der Festkörper an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Lounis forscht zu Quantenphänomenen in Materialien, die für die nächste Generation der Informationstechnologie und Elektronik gebraucht werden. In seiner Arbeit nutzt der erfahrene Forscher komplexe Berechnungen und Simulationen, um die Eigenschaften dieser Materialien vorherzusagen. Mit der Berufung von Samir Lounis baut die MLU ihre wissenschaftliche Expertise im Bereich der Festkörperphysik weiter aus und besetzt eine wichtige Position für das geplante Exzellenzcluster "Center for Chiral Electronics".
Auf der Nanoebene verhalten sich Materialien anders, als man es im Alltag erwarten würde. In diesem Bereich tauchen sogenannte Quantenphänomene auf, die ungewöhnliche Eigenschaften hervorrufen. "Elektronen sind maßgeblich für diese Phänomene verantwortlich. Ich möchte verstehen, wie sich Elektronen in verschiedenen Materialien verhalten und welche Effekte man dabei beobachten kann", sagt Samir Lounis. Dazu gehört zum Beispiel der Spin von Elektronen, eine Art Eigendrehimpuls, der ein magnetisches Moment bewirkt. In der Spintronik erforscht man, wie man den Spin zusätzlich zur Ladung als Informationsträger nutzen kann. Eine weitere Eigenschaft ist die sogenannte Supraleitung, bei der Elektronen nahezu widerstandslos durch Materialien fließen. "Derartige Effekte spielen eine große Rolle für die nächste Generation der Elektronik. Meine Kernkompetenz liegt in der Beschreibung und Vorhersage derartiger Eigenschaften", sagt Lounis.
Sein Know-how bringt der Forscher in verschiedene Forschungsverbünde der MLU ein: Dazu gehört vor allem das geplante "Center for Chiral Electronics", mit dem sich die MLU gemeinsam mit der Freien Universität Berlin, der Universität Regensburg und dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle um eine Förderung in der aktuellen Runde der Exzellenzstrategie bewirbt. Weiterhin wird sich Lounis in dem Sonderforschungsbereich SFB/TRR 227 "Ultraschnelle Spindymaik" engagieren, den die MLU gemeinsam mit der Freien Universität Berlin betreibt. "Die Universität Halle verfügt über eine weltweit anerkannte Expertise im Bereich der Festkörperphysik. Ich freue mich, die exzellente Forschung hier künftig mitzugestalten und ausbauen zu können", sagt Lounis.
Samir Lounis ist Autor und Co-Autor von mehr als 130 wissenschaftlichen Publikationen, mehrere davon hat er in renommierten Fachzeitschriften wie "Science", "Science Advances" und "Nature Physics" veröffentlicht. Auch beim Einwerben hochrangiger Drittmittelprojekte ist Lounis äußerst erfolgreich: 2016 erhielt er einen der extrem begehrten ERC Consolidator Grants des Europäischen Forschungsrats ERC in Höhe von rund zwei Millionen Euro.
Lounis wurde 1977 in Algerien geboren. Von 1995 bis 2002 studierte er Physik an der Mouloud Mammeri University in Algerien und am Straßburger Institut für Materialphysik und Chemie des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) in Frankreich. Anschließend forschte er am Forschungszentrum Jülich, 2007 folgte die Promotion an der RWTH Aachen. Nach einem einjährigen Forschungsstipendium an der University of California at Irvine, gefördert von der Alexander von Humboldt-Stiftung, wechselte der Physiker als Forschungsgruppenleiter zurück nach Jülich. Von 2015 bis 2020 absolvierte er eine Juniorprofessur an der RWTH Aachen. Anschließend war er bis zuletzt gemeinsamer Professor des Forschungszentrums Jülich und der Universität Duisburg-Essen.
17.12.2024: Strom des Quanten-Hall-Effekts besitzt zusätzliche magnetische Eigenschaften
Der Quanten-Hall-Effekt, ein fundamentaler Effekt der Quantenmechanik, erzeugt nicht nur einen elektrischen, sondern auch einen magnetischen Strom. Dieser entsteht durch die Bewegungen der Elektronen auf einer Bahn um die Atomkerne. Das zeigen Berechnungen eines Teams der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Journal "Physical Review Letters". Die Erkenntnisse könnten genutzt werden, um neuartige günstige und energieeffiziente Bauelemente zu entwickeln.
Egal, ob Handys oder Computer: In allen technischen Geräten fließt Strom. Dieser erzeugt jedoch Wärme, wodurch Energie verloren geht. Zudem lassen sich konventionelle Computerchips nicht beliebig verkleinern. Die Spin-Orbitronik erforscht Alternativen, um Informationen ohne Energieverlust speichern und verarbeiten zu können. Die Grundidee ist es, neben der Ladung des Elektrons auch dessen Spin und dessen orbitales Moment für die Informationsverarbeitung zu nutzen. Dabei ist der Spin der Eigendrehimpuls der Elektronen und das orbitale Moment entsteht durch die Bewegung der Elektronen auf Bahnen um die Atomkerne. "Lassen sich beide Effekte kombinieren, könnte man neue Bauelemente entwerfen, die effizienter und leistungsfähiger sind", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU.
Ausgangspunkt für die neue Studie war die Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts, für dessen Nachweis Klaus von Klitzing 1985 den Nobelpreis für Physik erhielt. Der Effekt tritt auf, wenn sich Elektronen bei extrem niedrigen Temperaturen in einem sehr starken Magnetfeld befinden. "Das Besondere am Quanten-Hall-Effekt ist, dass elektrische Ströme erzeugt werden, die nur am Rand einer Probe fließen und dass der dazugehörige elektrische Widerstand nur ganz bestimmte Werte annehmen kann", sagt Dr. Börge Göbel. Obwohl der Effekt seit Jahrzehnten bekannt ist, konnte das Team mit seinen Berechnungen eine neue Erkenntnis liefern: Die elektrischen Randströme haben zusätzlich magnetische Eigenschaften durch das orbitale Moment der Elektronen. "Diese könnten in Zukunft genutzt werden, um zusätzliche Informationen zu transportieren und um elektrische Geräte energieeffizienter zu betreiben", sagt Göbel. Das Besondere dabei: Der neue Effekt tritt zusätzlich zum Quanten-Hall-Effekt auf und ist nicht an seltene und teure Materialien geknüpft. Das ist in der Spintronik sonst oft der Fall.
Göbel und Mertig setzen ihre Arbeit bereits jetzt in dem internationalen Forschungsprojekt "Orbital Engineering for Innovative Electronics" (Obelix) fort. Dieses wird im Rahmen des "Pathfinder"-Programms des Europäischen Innovationsrats gefördert. Ziel ist es, neue marktfähige Technologien zu erforschen. Hierfür kooperieren Mertig und Göbel mit Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Frankreich und Schweden.
Ihre Expertise auf dem Gebiet der Spin-Orbitronik bringen Mertig und Göbel auch in das geplante "Center for Chiral Electronics" ein, mit dem sich die MLU gemeinsam mit der Freien Universität Berlin und der Universität Regensburg um eine Förderung bei der Exzellenzstrategie bewirbt. Beteiligt ist auch das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle.
28.06.2024: Physikerin Ingrid Mertig erhält Seniorprofessur der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung
Prof. Dr. Ingrid Mertig von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist mit einer besonderen Förderung ausgezeichnet worden: Die Physikerin hat gestern eine Seniorprofessur der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung erhalten. Mertig nutzt die dreijährige Förderung, um 60 Video-Vorlesungen zur theoretischen Physik zu erarbeiten. Mit der Seniorprofessur unterstützt die Heraeus-Stiftung Forschende im Ruhestand, die sich für eine verbesserte Lehre an ihrer Hochschule einsetzen.
Prof. Dr. Ingrid Mertig war bis März 2024 Professorin für "Quantentheorie der Festkörper" an der MLU. Während der Corona-Pandemie begann sie damit, ihre Vorlesungen als Videos aufzuzeichnen. Ergänzt werden die jeweils etwa 90-minütigen Videos durch eine digitale Kopie des Manuskripts. "Dank der Heraeus-Stiftung kann ich die ausstehenden Kapitel abschließen und einen kompletten Überblick über die theoretische Physik liefern", sagt Mertig. In den kommenden drei Jahren wird die Physikerin Manuskripte für etwa 60 Vorlesungen erarbeiten und aufzeichnen. Die Videos sollen im Anschluss frei verfügbar sein.
Mertig ist Autorin und Co-Autorin von mehr als 300 Publikationen in international renommierten Fachjournalen. Sie forscht auf dem Gebiet der Spintronik. Mit Hilfe des Spins - dem Eigendrehimpuls von Elektronen - soll die Grundlage für neuartige Speicher- und Informationstechnologien entwickelt werden.
Mertig studierte von 1974 bis 1979 Physik an der TU Dresden. 1982 folgte die Promotion, 1995 die Habilitation auf dem Gebiet der theoretischen Festkörperphysik - ebenfalls in Dresden. 2001 wurde Mertig auf eine Professur an der MLU berufen. Von 2007 bis 2018 war sie Fellow der Max-Planck-Gesellschaft. Im November 2023 wurde der Forscherin der Max-Born-Preis 2024 zuerkannt, den die Deutsche Physikalische Gesellschaft und das britische Institute of Physics gemeinsam vergeben.
Die Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung ist eine gemeinnützige Stiftung zur Förderung von Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet der Naturwissenschaften, insbesondere der Physik. Seit 2008 vergibt die Stiftung Seniorprofessuren für besondere Ausbildungskonzepte im Fach Physik.
28.11.2023: Max-Born-Preis 2024: Physikerin Ingrid Mertig für Verdienste um Spintronik geehrt
Für ihre Forschung zur Spintronik erhält die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) den Max-Born-Preis 2024. Die Auszeichnung wird von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und dem britischen Institute of Physics gemeinsam für herausragende Beiträge zur Physik vergeben. Den Preis nimmt die Wissenschaftlerin im Herbst 2024 auf einer Tagung in London entgegen.
Ingrid Mertig ist Autorin und Co-Autorin von mehr als 300 Publikationen in international renommierten Fachjournalen, darunter in "Nature", "Science Advances" und "Physical Review Letters". Sie forscht auf dem Gebiet der Spintronik. Mit Hilfe des Spins - eine Art Eigendrehimpuls von Elektronen - soll die Grundlage für neuartige Speicher- und Informationstechnologien entwickelt werden. Neben den Strömen elektrischer Ladungen sollen Spinströme durch ein Material fließen, was die Bauelemente deutlich effizienter machen würde.
Mertig studierte von 1974 bis 1979 Physik an der TU Dresden. 1982 folgte die Promotion, 1995 die Habilitation auf dem Gebiet der theoretischen Festkörperphysik - ebenfalls in Dresden. Nach einer Stelle als Heisenberg-Stipendiatin wurde Mertig 2001 auf die Professur für "Quantentheorie der Festkörper" an die MLU berufen. Von 2007 bis 2018 war sie Fellow der Max-Planck-Gesellschaft. Die Physikerin engagiert sich zudem seit vielen Jahren hochschulpolitisch, etwa im Wissenschaftsrat und verschiedenen Gremien der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
International ist Mertig bestens vernetzt: Auf ihre Initiative war der Physik-Nobelpreisträger Prof. Dr. Albert Fert als Alexander von Humboldt-Preisträger für mehrere Forschungsaufenthalte an der MLU zu Gast. Zudem trug sie wesentlich dazu bei, den Spitzenforscher Prof. Dr. Stuart Parkin im Rahmen einer mit fünf Millionen Euro dotierten Alexander von Humboldt-Professur an die MLU und das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik nach Halle zu holen.
Der Max-Born-Preis wird für besonders wertvolle und aktuelle wissenschaftliche Beiträge zur Physik gemeinsam vom britischen Institute of Physics (IOP) und der DPG in Erinnerung an das Wirken des Mathematikers und Physikers Max Born (1882-1970) verliehen, der Deutschland wegen seiner jüdischen Herkunft 1933 verlassen musste und vor seiner Rückkehr in den 1950er Jahren erfolgreich in Großbritannien wirkte. Für grundlegende Beiträge zur Quantenmechanik wurde er 1954 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
04.01.2022: Der Forschungsschwerpunkt „Nanostrukturierte Materialien“: Ein Erfolgsprojekt des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg finanziert der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) die Forschungsarbeitsplätze von 14 promovierten Wissenschaftlern aus Physik und Chemie im Rahmen des Forschungsschwerpunkts „Nanostrukturierte Materialien“. Die Förderung mit rund 5,4 Millionen Euro EU-Mitteln ist eine lohnende Investition: Zahlreiche Projekte, an denen hier auf der Ebene der atomaren Organisation von Materialien geforscht wird, können zu Anwendungen führen, die unsere Zukunft verändern. Winzige, nach Bedarf rekonfigurierbare Dioden machen Schaltkreise effizienter und flexibler im Vergleich zu existierenden Bauelementen. Nanopartikel helfen dabei, dass sich millimetergroße Löcher im Lack von Flugzeugen oder Autos wie von Zauberhand selbst schließen. Der EFRE investiert im Rahmen des Förderprogramms Sachsen-Anhalt WISSENSCHAFT (Schwerpunkte) in diese faszinierende Forschung, um Kompetenzzentren im Bereich Forschung auszubauen, insbesondere solche von europäischem Interesse. Diese hohe Messlatte wird von den Forschern in Halle in vollem Umfang erfüllt.
Der Forschungsschwerpunkt „Nanostrukturierte Materialien“ besteht bereits seit dem Jahr 2004 und leistet einen wichtigen Beitrag zum Profil der Martin-Luther-Universität und ihrer Forschungspartner, des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik und des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen. „Das Netzwerk lebt von der Zusammenarbeit der Forschungspartner“, betont Ingrid Mertig den Wert ihres Forschungsschwerpunkts in Halle. In jedem Jahr werden für diesen Forschungsschwerpunkt etwa zehn Millionen Euro Drittmittel eingeworben – die EFRE-Förderung steuert von 2016-2022 zusätzliche Mittel bei und ist damit ein wichtiger Baustein des Forschungsschwerpunkts.
Hinter den 14 Stellen stehen 14 verschiedene Projekte, die von den Post-Docs bearbeitet werden. Diese Projekte sind anwendungsorientiert. Hier gehen jedoch keine Produkte in Serie. Das Ziel der Projekte ist, die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung bis zur Beschreibung einer Anwendung oder zur Anmeldung eines Patents weiterzuentwickeln.
Projektbeispiel: Rekonfigurierbare Dioden
Das Prinzip der rekonfigurierbaren Dioden hat Dr. Ersoy Sasioglu entworfen. Eine Diode ist ein wichtiges Bauelement in der Halbleitertechnologie. „Wir haben bei diesem Projekt basierend auf unserer Materialkenntnis neue Materialien kombiniert, die so in der Natur nicht vorkommen würden. Diese Materialien haben neue Eigenschaften. So entstehen Dioden, die noch kleiner sind, als die, die heute in der Halbleitertechnologie Verwendung finden. „Das Entscheidende ist: Diese Dioden sind rekonfigurierbar. Die Stromrichtung kann nach Bedarf eingestellt werden, die Strom-Spannungskennlinie ist ideal und die Taktfrequenz ist sehr hoch.“ Ein deutsches Patent ist etabliert. Ein Weltpatent ist angemeldet.
09.06.2021: Wichtiger Beitrag in der Spintronik bislang zu wenig berücksichtigt
Die Bewegung von Elektronen kann einen deutlich größeren Einfluss auf spintronische Effekte haben als bisher angenommen. Das hat ein internationales Team unter Leitung von Physikerinnen und Physikern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) herausgefunden. Bislang wurde für die Berechnung dieser Effekte vor allem der Spin der Elektronen berücksichtigt. Die Studie wurde im Fachjournal "Physical Review Research" veröffentlicht und liefert neue Ansatzpunkte für die Entwicklung spintronischer Bauteile.
Viele technische Geräte basieren auf der konventionellen Halbleiterelektronik. In diesen Bauteilen werden Ladungsströme genutzt, um Informationen zu speichern und zu verarbeiten. Durch den Stromfluss entsteht jedoch Wärme, Energie geht verloren. Um dieses Problem zu umgehen, nutzt die Spintronik als neuen Lösungsansatz eine fundamentale Eigenschaft der Elektronen: ihren Spin. "Dabei handelt es sich um einen Eigendrehimpuls, den man sich wie eine Drehbewegung des Elektrons um die eigene Achse vorstellen kann", sagt die Physikerin Dr. Annika Johansson von der MLU. Mit dem Spin ist ein magnetisches Moment verknüpft, das zusätzlich zur Ladung der Elektronen für eine neue Generation schneller und energieeffizienter Bauteile genutzt werden könnte.
Um dieses Ziel zu verwirklichen, ist eine effiziente Umwandlung zwischen Ladungs- und Spinströmen notwendig. Diese Umwandlung ermöglicht der Edelstein-Effekt: In einem ursprünglich nicht magnetischen Material wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes ein Ladungsstrom erzeugt. Zusätzlich richten sich die Elektronenspins aus: Das Material wird magnetisch. "Die meisten früheren Arbeiten zum Edelstein-Effekt konzentrieren sich auf den Beitrag des Elektronenspins zur Magnetisierung, jedoch können Elektronen zusätzlich ein Orbitalmoment tragen, das ebenfalls zur Magnetisierung beiträgt. Ist der Spin die Eigenrotation des Elektrons, so kann man sich das orbitale Moment als die Bahnbewegung um den Atomkern vorstellen", sagt Johansson. Das ist ähnlich wie bei der Erde, die sich sowohl um ihre eigene Achse als auch um die Sonne dreht. Dieses orbitale Moment erzeugt wie der Spin ein magnetisches Moment.
In der neuen Studie haben die Forschenden eine Grenzfläche zwischen zwei oxidischen Materialien, die für die Spintronik häufig verwendet werden, mit Hilfe von Simulationen untersucht. "Obwohl beide Materialien Isolatoren sind, existiert an ihrer Grenzfläche ein metallisches Elektronengas, welches für seine effiziente Ladungs-Spin-Umwandlung bekannt ist", sagt Johansson. Das Team bezog bei der Berechnung des Edelstein-Effekts auch das orbitale Moment mit ein und fand heraus, dass dieses einen Beitrag zum Edelstein-Effekt liefert, der den Beitrag des Spins um eine Größenordnung übertrifft. Diese Erkenntnisse könnten dabei helfen, die Effizienz spintronischer Bauelemente zu erhöhen.
09.04.2021: American Physical Society zeichnet Jürgen Henk aus
Die American Physical Society (APS) hat PD Dr. Jürgen Henk vom Institut für Physik der MLU zum „Outstanding Referee“ ernannt. Damit würdigt der Fachverband die ehrenamtliche Arbeit des Physikers als Gutachter für wissenschaftliche Fachzeitschriften der Gesellschaft. Er engagiert sich seit 25 Jahren als Gutachter für die Journale der APS und weitere Fachzeitschriften.
Bevor eine wissenschaftliche Studie in einem Fachjournal veröffentlicht wird, durchläuft sie das Peer-Review-Verfahren: Unabhängige Forscher begutachten das Manuskript, geben Hinweise zur Verbesserung und bewerten letztlich, ob die Studie in dem jeweiligen Fachjournal erscheinen soll. Weltweit übernehmen viele Wissenschaftler diese Aufgaben zusätzlich zu ihrem eigentlichen Beruf – unentgeltlich. Der hallesche Festkörperphysiker Jürgen Henk ist einer von ihnen. „Im Schnitt begutachte ich allein für die APS ein Manuskript im Monat“, sagt er. Hinzu kommen weitere Gutachten für andere Fachjournale.
06.08.2020: Spintronik:
Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien
magnetisch machen lassen
Eigentlich nicht-magnetische Oxid-Materialien lassen sich durch ein komplexes Verfahren so verändern, dass sie magnetisch werden. Grundlage für dieses neue Phänomen ist ein kontrolliertes Wachstum der einzelnen Materialschichten Atomlage für Atomlage. Über das unerwartete Ergebnis berichtet ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift "Nature Communications".
Die theoretischen Berechnungen und Erklärungen für dieses neu entdeckte Phänomen haben die Physiker um Ingrid Mertig angefertigt. Experimentell überprüft wurde das Verfahren dann von mehreren Arbeitsgruppen in ganz Europa - auch von der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kathrin Dörr von der MLU, die den Magnetismus in den Materialien nachweisen konnte. "Durch diese Kombination aus Computersimulationen und Experimenten konnten wir den komplexen Mechanismus entschlüsseln, der für die Entstehung des Magnetismus verantwortlich ist", so Mertig.
Die Studie geht auf die Arbeit des ehemaligen Sonderforschungsbereichs 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen" an der MLU zurück, der von 2008 bis 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde.
04.03.2020: Magnetische Wirbel als Informationsträger der Zukunft
Magnetische Skyrmionen und Antiskyrmionen sind mikroskopisch kleine Wirbel, die in bestimmten magnetischen Materialien auftreten. Diese Nano-Objekte könnten als digitaler Informationsträger genutzt werden – je nach Anwesenheit oder Abwesenheit in einem magnetischen Streifen. Ein Forschungsteam der Max-Planck-Institute (MPI) für Mikrostrukturphysik in Halle und für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat nun entdeckt, dass beide Wirbel in bestimmten Materialien koexistieren können, was das Speicherpotential weiter erhöht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.
Durch die drastisch gestiegene Anzahl an elektronischen Geräten hat sich der Bedarf an Speicherplatz in den letzten Jahren dramatisch erhöht. Mit herkömmlichen Speicher-Technologien ist es schwierig geworden, mit dieser Entwicklung Schritt zu halten. Gleichzeitig steht der hohe Energieverbrauch dieser Technologien - hard disk drives (HDD) und random-access memories (RAM) - einer "grünen Zukunft" im Weg. Daher werden komplett neue, leistungsfähigere Speicher mit einem geringeren Energieverbrauch benötigt.
Ein vielversprechendes Konzept ist der magnetische "Racetrack"-Datenspeicher. Er besteht aus einzelnen nanoskopisch kleinen magnetischen Streifen (den "Racetracks"), in denen die Information über magnetische Nano-Objekte gespeichert ist - zum Beispiel über die Anwesenheit oder die Abwesenheit gleichartiger Objekte an bestimmten Positionen. Ein möglicher Informationsträger ist das magnetische (Anti-)Skyrmion. Es ist ein enorm stabiler Wirbel der Magnetisierung mit einer variablen Größe zwischen Mikrometern und Nanometern. Die einzelnen Objekte können geschrieben, gelöscht, gelesen und mit Strömen bewegt werden. Das heißt, der Speicher arbeitet ohne bewegliche Teile. "Indem man mehrere Racetracks übereinanderstapelt, erhöht sich die Speicherkapazität drastisch verglichen mit solid-state drives (SSD) oder hard disk drives (HDD). Weiterhin arbeitet der Racetrack-Speicher mit einem Bruchteil der Energie herkömmlicher Speichereinheiten. Er ist wesentlich schneller, kompakter und zuverlässiger", erklärt Prof. Dr. Stuart Parkin, Direktor des MPI für Mikrostrukturphysik in Halle und Alexander von Humboldt-Professor an der MLU.
"Skyrmionen und Antiskyrmionen sind 'entgegengerichtete’ magnetische Wirbel. Bis vor Kurzem ging man davon aus, dass diese beiden Objekte nur in unterschiedlichen Materialklassen auftreten können", erklärt Prof. Dr. Ingrid Mertig vom Institut für Physik der MLU. Das Forschungsteam der Max-Planck-Institute in Halle und Dresden und der MLU hat nun jedoch entdeckt, dass Skyrmionen und Antiskyrmionen unter bestimmten Bedingungen sogar in ein und demselben Material koexistieren können. Dr. Börge Göbel, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Mertigs Forschungsgruppe, lieferte die theoretische Erklärung für die unerwartete Entdeckung, die von Jagannath Jena aus Parkins Gruppe gemessen wurde. Die verwendeten Materialien, sogenannte Heusler Verbindungen, wurden von Dr. Vivek Kumar in der Gruppe von Prof. Dr. Claudia Felser am MPI in Dresden hergestellt.
08.10.2019: Patentiertes Konzept aus Halle: Neuartige, magnetische Tunneldioden und -transistoren
Gängige Computerprozessoren kommen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften immer mehr an ihre Grenzen. Neuartige Materialien könnten hier Abhilfe schaffen. Ob und wie sich diese entwickeln lassen könnten, haben Physikerinnen und Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) untersucht. Sie haben ein neues Bauelementkonzept vorgeschlagen, das die neuesten Erkenntnisse aus dem Bereich der Spintronik nutzt und dieses zum Patent angemeldet. Über die Forschung berichtet das Team im Fachjournal "ACS Applied Electronic Materials".
Mit ihrem neuen Konzept wollen die Forscher der MLU die Speicherung von Daten und die Durchführung von Rechenoperationen in einem einzigen Bauteil vereinen, was eine "All-in-One"-Chip-Lösung für die zukünftige Computer-Technologie ermöglichen könnte. Gängige Prozessoren bestehen aus Milliarden Transistoren, in denen Daten verarbeitet werden. "Die Energieeffizienz dieser einzelnen Bauteile bestimmt den Energieverbrauch des gesamten Prozessors", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Das größte Problem sei zudem immer noch der Energieverlust durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme, so die Forscherin weiter. Gleichzeitig muss bei der Entwicklung dieser Bauteile abgewogen werden: Entweder sind sie sehr leistungsfähig und energieeffizient, können dann aber nur für einen bestimmten Zweck verwendet werden. Oder sie sind vielseitig einsetzbar, erbringen dafür eine geringere Leistung und benötigen mehr Energie. Das Forschungsteam der MLU ist für seine neue Entwicklung der Frage nachgegangen, ob sich mit Hilfe der Spintronik diese Probleme lösen lassen.
"Die neuen Dioden und Transistoren, wie wir sie vorschlagen, verbinden Datenverarbeitung und -speicherung, sie verlieren dabei keine Energie und sie können neu konfiguriert werden", fasst der Physiker Dr. Ersoy Şaşıoğlu von der MLU zusammen. Das Konzept für diese Spintronik-Bauteile wurde bereits zum Patent angemeldet.
09.09.2019: Spintronik: Physiker entdecken neues Material für hocheffiziente Datenverarbeitung
Ein neues Material könnte dabei helfen, extrem energiesparende Anwendungen in der Informationstechnologie zu entwickeln. Entdeckt wurde es von einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Elektronen an der Grenzfläche des Materials zeigen besondere Eigenschaften, die zu einer drastisch erhöhten Umwandlungrate eines Spinstroms in einen Ladungsstrom führen. Diese ist die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Spintronik. Damit erweist sich das neue Material als effizienter als alle bisher untersuchten, wie das Team im Fachjournal "Nature Materials" schreibt.
Durch alle technischen Geräte fließt elektrischer Strom. Dabei entsteht Wärme, Energie geht verloren. Die Spintronik erforscht unter anderem neue Konzepte, um dieses Problem zu lösen. Genutzt wird dabei eine spezielle Eigenschaft von Elektronen: der Spin. Dabei handelt es sich um eine Art Eigendrehimpuls von Elektronen, der ein magnetisches Moment erzeugt und Ursache des Magnetismus ist. Die Idee: Fließen anstelle von elektrischen Ladungen Spinströme durch ein Material, entsteht dabei keine Wärme und es kommt zu einem deutlich geringeren Energieverlust in den Geräten. "Ganz ohne elektrischen Strom kommt der Ansatz jedoch nicht aus. Daher ist eine effiziente Umwandlung zwischen Spin und Ladung erforderlich, um diese neuartige Technologie zu realisieren", sagt die Physikerin Prof. Dr. Ingrid Mertig von der MLU. Ihre Arbeitsgruppe ist Teil des internationalen Forschungsteams, das das neue Material entdeckt hat. Geleitet wurde die Arbeit vom französischen Physiker Dr. Manuel Bibes, der am renommierten Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Thales forscht.
Die Gruppe untersuchte die Grenzfläche zwischen zwei Oxiden. "Die beiden Stoffe sind eigentlich Isolatoren, die nicht leiten. An ihrer Grenzfläche entsteht aber eine Art zweidimensionales Elektronengas, das sich wie ein Metall verhält, Ströme leitet und mit einer extrem hohen Effizienz Ladungsstrom in Spinstrom umwandeln kann", erklärt Mertig. Dr. Annika Johansson und Börge Göbel aus ihrer Arbeitsgruppe lieferten die theoretische Erklärung dafür. Das neue Material ist den Forschenden zufolge deutlich effizienter als alle anderen bisher bekannten Materialien. Damit könnte es den Weg ebnen für die Entwicklung neuer, energiesparender Computer.
27.04.2018: Halles Physiker auf Erfolgskurs
Erfolgreicher Wissenstransfer funktioniert nur mit sehr guter Grundlagenforschung. Die betreiben an der Universität unter anderen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts für Physik: Dort sind nicht nur drei Sonderforschungsbereiche (SFB) der Deutschen Forschungsgemeinschaft und eine Alexander von Humboldt-Professur angesiedelt. Die Forscherinnen und Forscher sind auch international bestens vernetzt und machen regelmäßig mit Publikationen in renommierten Fachjournalen auf sich aufmerksam.
Das mit 14 Professuren vergleichsweise kleine Institut für Physik der Martin-Luther-Universität wird aktuell mit drei Sonderforschungsbereichen der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Im einzelnen sind dies der seit 2008 bestehende SFB 762 „Funktionalität oxidischer Grenzflächen“, der mit der Universität Leipzig 2011 etablierte Transregio-SFB 102 „Polymere unter Zwangsbedingungen“ sowie der im vergangenen Jahr gemeinsam mit der Freien Universität Berlin neu eingeworbene Transregio-SFB 227 „Ultraschnelle Spindynamik“ . Alle drei Initiativen sind eingebettet in den naturwissenschaftlichen Forschungsschwerpunkt „Materialwissenschaften – Nanostrukturierte Materialien“ an der Universität, der sich mit der Entwicklung neuartiger Materialien und innovativer Messmethoden befasst.
Die hallesche Physik hat sich auch weltweit einen Namen gemacht – sowohl als Veranstaltungsort für internationale Tagungen als auch als Einrichtung für hochangesehene Gastwissenschaftler. Gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik gelang es den Physikern 2013, den Erfinder der modernen Festplattentechnologie Prof. Dr. Stuart Parkin über eine Alexander von Humboldt-Professur – Deutschlands höchstdotierten internationalen Forschungspreis – nach Halle zu holen. Auch der französische Physik-Nobelpreisträger Prof. Dr. Albert Fert gehört seit 2014 zu den Gästen des Instituts. Und erst vor wenigen Wochen erhielt Dr. Manuel Bibes vom renommierten Centre national de la recherche scientifique (CNRS) Thales den Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung, um für mehrere Monate in Halle zu arbeiten.
17.12.2015: Hugo-Junkers-Preis für Nicki Hinsche
Der Physiker Dr. Nicki Hinsche erhielt den ersten Preis in der Kategorie Grundlagenforschung des Hugo-Junkers-Preises für Forschung und Innovation aus Sachsen-Anhalt 2015 für das Projekt „Nanostrukturierte thermoelektrische Schichtsysteme“. „Ich bin für die Preisverleihung extra aus Kopenhagen angereist“, sagt Dr. Nicki Hinsche, der mittlerweile an Dänemarks Technischer Universität arbeitet. Für sein Projekt hat er im Merseburger Ständehaus den mit 10.000 Euro dotierten ersten Preis für das innovativste Vorhaben der Grundlagenforschung erhalten. Die Forscher können beispielsweise Abwärme nutzen, die etwa von technischen Geräten aber auch von Lebewesen erzeugt und an die Umwelt abgegeben wird, um diese in elektrische Energie umzuwandeln.
20.11.2015: SFB 762 wird für weitere vier Jahre gefördert
Der DFG-Senatsausschuss für die Sonderforschungsbereiche hat in seiner Sitzung am 19.11.2015 einstimmig die Weiterförderung des SFB 762 beschlossen. Die Fördersumme des SFB für die Jahre 2016 bis 2019 beträgt jährlich rund 2,5 Millionen Euro, alle 21 beantragten Teilprojekte werden gefördert.
„Die Gutachter der DFG haben uns bescheinigt, dass sich der SFB 762 zu einem international sichtbaren Zentrum für oxidische Grenzflächen entwickelt hat. Darauf sind wir stolz!", sagt die Sprecherin des SFB Prof. Dr. Ingrid Mertig.
06.03.2015: Physik-Nobelpreisträger Albert Fert zu Besuch an der Universität Halle
Der französische Physik-Nobelpreisträger Professor Albert Fert kommt zu seinem ersten Forschungsaufenthalt an die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. In einem Physikalischen Sonderkolloquium auf dem Weinberg-Campus spricht er am Donnerstag, 12. März, ab 17.15 Uhr öffentlich über die Spin-Orbitronik, die zukünftig eine leistungsstärkere und gleichzeitig energieeffizientere Computertechnik ermöglichen soll. Albert Fert ist diesjähriger Träger des Humboldt-Forschungspreises der Alexander von Humboldt-Stiftung. Das Preisgeld nutzt er unter anderem für mehrere Forschungsaufenthalte in Halle.
Gastgeberin für Ferts Aufenthalt ist Prof. Dr. Ingrid Mertig, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs (SFB) 762 "Funktionalität oxidischer Grenzflächen", der zum Forschungsschwerpunkt "Nanostrukturierte Materialien" zählt, an dem neben der Universität auch das MPI für Mikrostrukturphysik beteiligt ist. Im SFB erforschen die Wissenschaftler oxidische Nanostrukturen, die wie die Spin-Orbitronik das Potenzial für neue Speichertechnologien in sich bergen. "Auf die Zusammenarbeit mit Albert Fert freuen wir uns sehr und erwarten neue Impulse auch für unseren SFB", sagt Ingrid Mertig.
28.10.2014: Humboldt-Forschungspreis für Albert Fert
Der für die Vergabe von Forschungspreisen zuständige Auswahlausschuss der Alexander von Humboldt-Stiftung hat auf seiner letzten Sitzung am 24.10.2014 beschlossen, einen Humboldt-Forschungspreis an Prof. Albert Fert (Frankreich) zu verleihen.
Albert Fert, der im Jahr 2007 zusammen mit Peter Grünberg den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR) erhalten hat, wird das Preisgeld für Forschungsaufenthalte in Deutschland, unter Anderem in Halle, nutzen. In Halle wird Albert Fert auch mit Stuart Parkin zusammenarbeiten, dessen Verdienst die technologische Entwicklungsarbeit zur Nutzbarmachung des GMR in modernen Speichermedien ist.
12.05.2014: Artikel wurde als Highlight 2013 des New Journal of Physics ausgewählt
H. Mirhosseini, M. Flieger, and J. Henk
Dirac-cone-like surface state in W(110): dispersion, spin texture and photoemission from first principles
New J. Phys. 15, 033019 (2013)
Urkunde
NJP-Urkunde.pdf
(627,8 KB) vom 12.05.2014