Ein Forscherteam des Forschungszentrums Jülich veröffentlichte seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Physical Review Letters und entwickelte das erste experimentell verifizierte zweidimensionale Halbmetall. Dieses neue Material ermöglicht Elektronen mit nur einer Spinrichtung die elektrische Leitfähigkeit und eröffnet damit neue Möglichkeiten für die Entwicklung der Spintronik.

Das Material besteht aus einer ultradünnen Legierung aus Eisen und Palladium, die nur zwei Atome dick ist. Xin Liang Tan, Mitglied des Forschungsteams, erklärte: „Dieses Material benötigt keine perfekte Kristallstruktur, und seine elektronischen Eigenschaften lassen sich durch den Eisengehalt steuern.“ Das Team nutzte spinaufgelöste Impulsmikroskopie, um die zweidimensionalen halbmetallischen Eigenschaften des Materials zu bestätigen und so die ultraniedrigen Temperaturbeschränkungen herkömmlicher Halbmetalle zu durchbrechen.

Die Forschung ergab, dass das Material einzigartige Leitfähigkeitseigenschaften aufweist, wenn Spin-Bahn-Kopplung und magnetischer Austausch zwischen Eisenatomen präzise ausbalanciert sind. Dr. Chen Yingjun bemerkte: „Diese Entdeckung widerlegt die gängige Annahme, dass Spin-Bahn-Kopplung die Bildung von Halbmetallizität behindert.“ Das neue Material behält seine Eigenschaften bei Raumtemperatur stabil und ist mit bestehenden Dünnschichttechnologien kompatibel, was sein Potenzial für praktische Anwendungen unterstreicht.

Dieses zweidimensionale Halbmetall könnte als grundlegender Bestandteil von Spinfiltern und Spin-Bahn-Drehmomentsystemen dienen und so Anwendungen in Speicherchips der nächsten Generation ermöglichen. Seine Spinpolarisation, die seiner Magnetisierung entgegengerichtet ist, könnte zudem neue Erkenntnisse für die Entwicklung nanoskaliger magnetischer Bauelemente liefern.

Weitere Informationen: Xin Liang Tan et al., „Exchange Engineering in Two-Dimensional Semimetals“, Physical Review Letters (2025). Zeitschrifteninformationen: Physical Review Letters