Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Spinsensoren in diamant onthullen golvende spinzee

Illustratie: Enrique Sahagún, SCIXEL

NTvN 87-12

Het decembernummer is uit! Met traditiegetrouw veel aandacht voor onderwijs.

Wiskunde beter toepassen bij natuurkunde

Het toepassen van wiskunde bij natuurkunde in het onderwijs levert vaak problemen op. In een artikel in het decembernummer worden de aspecten die een rol spelen bij de transfer van wis- naar natuurkunde besproken. Illustratie: Phill Burrows | Dreamstime.com.

Vorige Volgende

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.