Spintronica kan winnen met wondermateriaal grafeen - Grafeen (graphene) | Grafeen (graphene)
Spintronica kan winnen met wondermateriaal grafeen
chalmers_spin_graphene_grafeen

Het eind van de miniaturisatie van de transistor, een basisonderdeel van de computer, komt stilaan in zicht via het gebruik van onze huidige productiemethoden. Dat dwingt wetenschappers op zoek te gaan naar nieuwe manieren indien ze de volgende generaties elektronische toestellen willen laten krimpen.

Spintronics, dat reeds in gebruik is voor geavanceerde data-opslagapparaten, zou de oplossing kunnen bieden bij die opdracht, bijgestaan door het wondermateriaal grafeen – een atomaire honingraat uit koolstofatomen – als informatiedrager.

Onderzoekers van de Technische universiteit in Chalmers, Zweden, hebben namelijk ontdekt dat grote oppervlakken grafeen in staat zijn om de spin van elektronen gedurende een langere periode te behouden en over grotere afstanden communiceren dan voorheen bekend was.

Deze vaststelling kan deuren openen voor de ontwikkeling van spintronica en leiden naar een snellere productie van energiezuinig geheugen en processoren voor de computers van de toekomst.

Spintronica betekent evenveel als ‘spin transport elektronics’, een andere naam is spin-elektronica. Het doel bestaat eruit om betrouwbare methoden op te zetten om communicatie mogelijk te maken via de spin van elektronen. Elektronen dragen niet enkel lading met zich mee, ze hebben ook spin.

De transistoren die op heden operationeel zijn, terug te vinden in zowat elk beschikbaar elektrisch apparaat, houden geen rekening met de spin van elektronen maar communiceren de staat van hun lading door middel van twee integers, 0 en 1, die respectievelijk staan voor ‘uit’ en ‘aan’.

In spintronica tracht men de eigenschappen van een circuit te controleren of beïnvloeden door gebruik te maken van de spin – naarmate de vrijheid – van de elektronen en hun inherente magnetische momenten. De kwantummechanische staat van een elektron wordt gecommuniceerd in richtingen, omhoog (spin up) of omlaag (spin down), analoog aan 0 en 1.

Spin, als een intrinsieke eigenschap van het elektron is zeer kortstondig en uiterst fragiel maar biedt de mogelijkheid om snellere processoren te produceren die veel zuiniger zijn dan de exemplaren die we nu in gebruik hebben, onder meer omdat data-opslag niet hoeft te verdwijnen wanneer de stroom uitgaat.

Bij de spintronische toepassingen die er al zijn, zoals bijvoorbeeld leeskoppen voor harde schijven, vormen pulsen van korte duur geen enkel probleem, omdat de informatie die de spin schenkt maar enkele nanometers hoeft te reizen, maar bij grafeen lijkt die afstand heel wat groter te zijn. Dat maakt het wondermateriaal enorm potentieel in de zoektocht naar toekomstige spintronische applicaties.

Dergelijke degelijke ontwerpen zouden de computerindustrie wel eens drastisch kunnen transformeren.

“Van toekomstige spin gebaseerde componenten worden verwacht dat de elektronen enkele tientallen micrometers moeten kunnen reizen met hun spins afgestemd. Metalen, zoals aluminium of koper, hebben het vermogen niet om hiermee om te gaan. Grafeen lijkt het enige mogelijke materiaal op het moment,” zei Saroj Dash, die de onderzoeksgroep leidt in de Technische universiteit in Chalmers.

“Grafeen is een goede geleider en heeft geen energiekloof. Maar in de spintronica is er geen noodzaak aan een energiekloof om te schakelen tussen aan en uit, één en nul. Dit wordt in plaats daarvan gecontroleerd door de spinoriëntaties van het elektron, omhoog of omlaag”, legde Dash uit.

De wetenschappers hebben hun experimenten met CVD grafeen uitgevoerd – of grafeen gewonnen via chemische dampafzetting.
De methode maakt wel dat het grafeen rimpels bevat, ruw is en andere gebreken vertoond.

Maar ze zijn hoopvol want er zijn goede vooruitzichten voor de productie van grote gebieden grafeen op industriële schaal.

Bron: sciencedaily.com
Foto: Chalmers


3D print schaalmodel structuur grafeen

Graphene Job Board