Artikel
Spinsensoren in diamant onthullen golvende spinzee
Gepubliceerd: 1 June 2021 10:57
Microscopische golfjes in magnetische materialen zijn veelbelovend als signaaldragers in computerchips. Om deze spingolven te kunnen zien, ontwikkelen we in onze onderzoeksgroep een microscopietechniek op basis van spinsensoren in diamant. Met deze magnetische beeldvorming kunnen we dwars door metalen elektroden naar de opwekking van spingolven kijken. De gevoeligheid van de techniek moet het bestuderen van nanoschaal-spingolven in atomair dunne magneten mogelijk maken.
Auteurs: Joris Carmiggelt, Brecht Simon, Iacopo Bertelli en Toeno van der Sar
Je merkt het al snel bij het afspelen van een film of het downloaden van een groot databestand. De onderkant van je laptop wordt gloeiend heet en de ventilator begint op volle toeren te draaien. Deze hitte ontstaat bij het transporteren en verwerken van informatie in computerchips. Hierin lopen elektrische stroompjes door dunne verbindingen die opwarmen vanwege hun weerstand. Deze warmteontwikkeling dwingt ons vooralsnog de snelheid van computers te beperken om zo een letterlijke burn-out te voorkomen.
De warmteproductie kan mogelijk verminderd worden door gebruik te maken van spinstroom in plaats van elektrische stroom. Bij een spinstroom is informatie niet opgeslagen in elektronladingen, maar in magnetisch momenten (elektronspins, figuur 1a). We kunnen een spinstroom realiseren met behulp van golfbewegingen van elektronspins in een magnetisch materiaal (figuur 1b). Het mooie aan deze spingolven is dat ze door materialen bewegen terwijl de elektronen zelf stilstaan. Hierdoor maken ze spinstromen in isolatoren mogelijk, vrij van de warmteproductie die gepaard gaat met elektrische stroom.
Gemotiveerd door deze eigenschap richt een groeiend onderzoeksveld zich op de ontwikkeling van spingolfapparaatjes, zoals spingolftransistors. Hiervoor is het belangrijk om te kunnen zien hoe spingolven zich door een materiaal bewegen. Wij hebben een spingolfmicroscopietechniek ontwikkeld die, in tegenstelling tot optische microscopietechnieken, spingolven zichtbaar maakt door hun magneetveld te detecteren. Hiervoor gebruiken we spinsensoren in diamant. Deze magnetische beeldvorming maakt het mogelijk om spingolven direct onder de elektroden van een spingolfchip te bestuderen. Bovendien is de techniek gevoelig genoeg om spingolven in atomair dunne magneten met nanometerresolutie te detecteren. In dit artikel leggen we uit hoe de techniek werkt en welke nieuwe experimenten ze mogelijk maakt. Maar eerst behandelen we magneten en spingolven.
Lees het volledige artikel in het juninummer of bekijk hieronder de pdf.
Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde
Het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde is hét Nederlandstalige vakblad voor natuurkundigen, vol nieuws uit de natuurkunde. Een greep uit de onderwerpen: onderzoek aan de frontlinie, natuurkunde en kunst, onderwijs, bijzondere loopbanen, interviews met prominente wetenschappers en een kijkje in de keuken bij bedrijven. Jaarlijks verschijnt vlak voor de zomer een extra dik themanummer. Leden van de NNV ontvangen het tijdschrift maandelijks.
Speciale editie Beestachtige fysica
Beestachtige fysica is de naam van onze speciale editie van 2023. De mens, biologisch gezien ook een dier, heeft enkele bijzondere eigenschappen. Een opponeerbare duim, die het gebruik van gereedschappen makkelijker maakt, rechtop lopen en de ontwikkeling van spraak. Het stelt ons in staat elk werelddeel te bevolken. Toch hebben (andere) dieren eigenschappen waar wij alleen van kunnen dromen. Wat denk je van dieren die kunnen vliegen of het aardmagnetisch veld kunnen detecteren? We zetten dieren in voor ons eigen bestwil en putten inspiratie uit de natuur voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, maar laat je in dit nummer vooral ook verwonderen over de veelzijdige fysica die het dierenleven rijk is.
Het themanummer Beestachtige fysica is los te bestellen door een mailtje te sturen aan het NNV-bureau (bureau@nnv.nl), vergeet niet om een verzendadres te vermelden. Het nummer kost 10 euro, inclusief btw en verzendkosten (voor verzenden naar het buitenland rekenen we extra kosten).