Orbitronik: zukunftsfähige Energienutzung durch neue Materialeigenschaften

BerlinForscher des Paul Scherrer Instituts und der Max-Planck-Institute haben eine bedeutsame Entdeckung im Bereich der Orbitronik gemacht, die die Energieeffizienz in der Technologie verbessern könnte. Durch die Untersuchung von chiralen topologischen Halbmetallen fanden sie Hinweise auf monopolare orbitale Drehimpulse (OAM). Dieser Durchbruch ermöglicht ein besseres Verständnis dieser bisher komplexen Informationen und könnte zukünftig zu praktischen Anwendungen führen.

Orbitronik ist eine innovative Technologie, die die Bewegung von Elektronen nutzt, anstatt ihre Ladung für den Betrieb. Dieser Ansatz könnte den Energieverbrauch in der Technik reduzieren. Spintronik hingegen konzentriert sich auf den Spin der Elektronen, aber Orbitronik bietet besondere Vorteile, insbesondere bei der Entwicklung energieeffizienter Speichermedien. Um die Orbitronik zu realisieren, benötigen wir Materialien, die diese Elektronenbewegung ermöglichen.

Chirale topologische Halbmetalle gelten als vielversprechende Materialien, da sie den Fluss des orbitalen Drehimpulses (OAM) ohne externen Einfluss ermöglichen. Dadurch werden OAM-Ströme stabiler und energieeffizienter. Wichtige Materialien wie Palladium-Gallium und Platin-Gallium zeigen diese vorteilhaften Eigenschaften. Der Einsatz dieser Materialien könnte die Entwicklung energiesparender und dennoch leistungsstarker Geräte erleichtern.

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Forscher haben eine Technik namens Zirkulardichroismus in der winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie (CD-ARPES) verwendet, um Orbitale Drehimpuls-Monopole in bestimmten Materialien zu entdecken. Ursprünglich dachten sie, dass CD-ARPES die Orbitale Drehimpulse direkt messen könnte, aber das erwies sich als falsch. Sie erkannten, dass sich die Daten je nach Photonenenergie ändern, was half, die experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen in Einklang zu bringen. Der sorgfältige Ansatz in dieser Studie trug wesentlich zur präzisen Identifizierung von Monopolen des orbitalen Drehimpulses bei.

Die neue Möglichkeit, OAM-Texturen zu erforschen, könnte die technologische Entwicklung maßgeblich beeinflussen.

• Verbesserte Datenspeicherung mit höherer Effizienz.
• Optimierte Rechenelemente mit geringerem Energieverbrauch.
• Möglichkeiten zur individuellen Ausrichtung in Geräten.

Chirale topologische Halbmetalle werden in Materialien integriert, um orbitronische Anwendungen zu verbessern, was dazu beitragen kann, Technologien mit geringerem Umwelteinfluss zu entwickeln. Orbitronik wird als bedeutend für technische Innovationen angesehen und bietet einen umweltfreundlichen Weg für zukünftigen Fortschritt. Diese Forschung legt die Grundlage für Wissenschaftler und die Industrie, um intelligente, energiesparende Geräte zu entwickeln.