Durchbruch für Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Erstmals konnten sie sogenannte Orbitalströme direkt nutzen, ohne diese zuvor in Spinströme umwandeln zu müssen. „Damit haben wir einen Meilenstein in der Orbitronik erreicht“, sagt Christin Schmitt vom Institut für Physik. Die Ergebnisse, die im Fachjournal Science veröffentlicht wurden, bilden eine wichtige Grundlage für die Entwicklung energieeffizienter Datenspeicher und Prozessoren. Die Orbitronik gilt als vielversprechender Ansatz dafür und könnte dazu beitragen, den Energieverbrauch moderner Informations- und Kommunikationstechnik zu senken, um Rohstoff-, Energie- und Klimaprobleme zu lösen, so Schmitt.
Doch was sind Orbitalströme überhaupt? Was zunächst nach einem Himmelsphänomen klingt, beschreibt einen quantenphysikalischen Vorgang: Ein Orbitalmoment, vereinfacht ein quantenmechanischer „Wirbel“, gibt an, wie sich ein Elektron innerhalb eines Atoms um dessen Kern bewegt, so wie ein Planet die Sonne umkreist. Ein Orbitalstrom entsteht, wenn viele Elektronen ihre Orbitalmomente gemeinsam durch ein Material transportieren. Dabei wird nicht nur elektrische Ladung, sondern auch Information übertragen, die in den Orbitalmomenten gespeichert ist.
Mithilfe eines Testsystems aus Kobaltoxid und Kupfer gelang es dem Mainzer Forschungsteam gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Jülich und internationalen Partnern erstmals, bewegliche und feste Orbitalmomente direkt in einem Magneten zu koppeln. Dabei erzielten die Forscher Signale, die bis zu zwei Größenordnungen stärker sind als bei herkömmlichen spintronischen Verfahren.
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