Mit Spintronik auf dem Weg zum Quantencomputer

Die Miniaturisierung der Halbleiterbauelemente für Computer schreitet unaufhaltsam fort - und stößt damit unweigerlich an eine Grenze: Unterhalb einer Größenordnung von hundert Nanometer melden sich allmählich die Gesetze der Quantenmechanik zu Wort, jenes geheimnisvollen Bereichs der Physik, dessen Aussagen dem gesunden Menschenverstand zuweilen ins Gesicht schlagen und in dem ein biederes Elektron unversehens Eigenschaften einer Welle annimmt.

Pragmatiker der Halbleitertechnik geben sich alle Mühe, die Quantenwelt zu meiden, indem sie ihre Bauteile mit genialen Tricks dazu zwingen, sich nach den Gesetzen der klassischen (nicht-quantenmechanischen) Elektronik zu verhalten. Einige von uns jedoch glauben, man sollte den Stier bei den Hörnern packen, statt ihm davonzulaufen: Unter Nutzung der Merkwürdigkeiten der Quantenwelt sollten sich völlig neuartige Bauelemente konstruieren lassen, welche die Leistung der herkömmlichen um Größenordnungen übertreffen.

Alle Bauteile der Computertechnik, von der Vakuumröhre seligen Angedenkens bis zu den Mikrochips mit ihren Millionen von Transistoren, arbeiten bis-lang ausschließlich durch Bewegung elektrischer Ladungen. Die Träger dieser Ladungen, die Elektronen, haben jedoch noch eine weitere Eigenschaft, die in der konventionellen Technik ungenutzt bleibt: den "Spin" ("Drall"), der eng mit dem Magnetismus verknüpft ist. Diesen zu nutzen ist das Ziel einer neuen Technik, die den Namen Spintronik (kurz für Spin-Elektronik) oder Magneto-Elektronik erhalten hat.

Seit jeher dient der Magnetismus (und damit indirekt der Elektronenspin) zur Speicherung von Information. Schon die frühesten Computer-Festplatten speicherten ihre Bits in Form magnetisierter Bereiche, und der magnetische Widerstand, eine durch ein Magnetfeld verursachte Änderung des elektrischen Widerstands, diente zum A