Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente en de Stichting FOM zijn erin geslaagd om informatie die is opgeslagen in een magnetisch materiaal, rechtstreeks door te sluizen naar een halfgeleider. Het is voor het eerst dat dit bij kamertemperatuur kan, en deze doorbraak betekent dat veel energiezuiniger elektronica, of ‘spintronica’ mogelijk wordt. De onderzoekers publiceren hun resultaten in Nature van 26 november.
Tot nu toe was de koppeling van een magnetisch materiaal aan een
halfgeleider alleen succesvol bij extreem lage temperaturen. Dat
die koppeling nu succesvol werkt bij kamertemperatuur, is een
beslissende stap voor een nieuwe benadering van elektronica. Het
grote voordeel van die nieuwe 'spintronica' technologie is een
lager energieverbruik: in huidige computer chips is de grote
warmteontwikkeling al een probleem, en dit zou in de toekomst
teveel een beperkende factor worden.
Van nature digitaal
Spintronica kijkt niet, zoals gebruikelijk, naar de láding van
het elektron en het transport van die lading, maar naar een andere
belangrijke eigenschap die het elektron heeft, de 'spin'. De
draaiing van het elektron wordt gerepresenteerd door een spin die
omhoog of omlaag wijst. In het magnetische materiaal kan daarmee
een '1' of een '0' worden opgeslagen. Het is nu de kunst om deze
spin ook over te brengen naar het halfgeleidermateriaal, zodat de
informatie daar verder verwerkt kan worden in nieuwe elektronische
componenten. Die componenten zullen naar verwachting veel
energiezuiniger zijn, omdat bewerkingen zoals het laten omklappen
van de elektronspins, veel minder energie kosten dan het
gebruikelijke ladingtransport.
Enkele atoomlagen dik
De koppeling bij kamertemperatuur bereiken de onderzoekers door
een ultradun - minder dan een nanometer dik - laagje aluminiumoxide
aan te brengen tussen de ferromagneet en de halfgeleider: het is
slechts enkele atoomlagen dik. De dikte en kwaliteit van dit laagje
zijn cruciaal. De informatie wordt overgebracht door een stroom via
dit laagje de halfgeleider in te sturen, zodat daarin op een
gecontroleerde manier magnetisme onstaat. Dat de methode werkt met
silicium is heel belangrijk: dat is nu eenmaal het meest gebruikte
elektronische materiaal, waarvoor al zeer geavanceerde
fabricagetechnieken voorhanden zijn. In het silicium kunnen de
elektronen met hun spin-informatie doordringen tot enkele honderden
nanometers diep. Ruim voldoende voor een goede werking in
nanoelektronica componenten, aldus onderzoeker Ron Jansen. De
volgende stap is nu: nieuwe elektronische componenten en circuits
bouwen en daarmee spin-informatie manipuleren.
Het spintronica onderzoek, uitgevoerd onder leiding van Ron
Jansen, is mede mogelijk gemaakt dankzij financiering door de
Stichting FOM en dankzij de VIDI-subsidie die Jansen eerder ontving
van NWO.
Het artikel 'Electrical creation of spin polarization in
silicon at room temperature' van Saroj Dash, Sandeep
Sharma, Ram Shanker Patel, Michel de Jong en Ron Jansen verschijnt
op 26 november in Nature. 'Nature News' heeft er
ook al een
kort artikel aan gewijd.
Voor meer informatie kun je contact opnemen met één van onderstaande personen:
_FooterBoxImage.jpg)
