Nye måter å skape spinnstrømmer på kan gi mer effektive elektroniske komponenter.
Det er ladningen til elektronet som gjør at det går en strøm mellom den positive og den negative polen på et batteri. Elektroner har også andre egenskaper, som massen (vekten) sin og spinnet (rotasjonen) sin. Selv om det tradisjonelt er ladningen som har vært viktigst i elektronikk har forskere verden over i stadig større grad begynt å se på hvordan de andre egenskapene til elektronet – ikke minst spinnet – kan utnyttes i elektriske kretser.
Foto: Per Henning / NTNU
Spinntronikk i hverdagen
Elektronikk som er basert på spinnet til elektronet kalles «spinntronikk». Hvis datamaskinen din har en vanlig harddisk eier du allerede en spintronisk komponent som sitter i lesehodet til harddisken. Ved hjelp av et fenomen vi kjenner som «magnetoresistans» måler lesehodet om de små magnetene i harddisken peker opp eller ned, dvs. om det er lagret en 0-er eller en 1-er.
Jordas magnetiske felt får nålen i kompasset ditt til å peke mot den magnetiske nordpolen. På samme måte skrives informasjon til de små magnetene i harddisken ved hjelp av et magnetisk felt som lages ved å sende strøm gjennom en spole. Fordi det kreves et sterkt felt for å snu magnetene i harddisken – ellers kunne jo jordas magnetiske felt ødelagt alle feriebildene dine – må det sendes en stor strøm gjennom spolen. Denne strømmen forbruker mye energi på grunn av motstanden i ledningene.
En magnet kan også snus fra «opp» til «ned» ved å sende strømmen direkte inn i magneten. Det kan være mer energieffektivt enn å bruke en spole, men krever at strømmen er spinnpolarisert, dvs. at spinnene til alle elektronene peker i samme retning.
Nye måter å lage spinnstrømmer på
I doktorgradsarbeidet mitt har jeg blant annet sett på nye måter vi kan lage en slik spinnstrøm på ved hjelp av både elektroner, partikler kjent som «magnoner» eller ved hjelp av «Cooper-par», som er par av elektroner som kan lede en strøm helt uten elektrisk motstand (superledning).
Slik kan vi lage spinntroniske komponenter som er mer energieffektive samtidig som de yter bedre enn tradisjonelle teknologier.
Bloggforfatter
Blogginnlegget er skrevet av Vetle Kjær Risinggård. Som ph.d-kandidat har han vært en del av Center for Quantum Spintronics (QuSpin). QuSpin er et Senter for fremragende forskning tilknyttet Institutt for fysikk ved NTNU.