17 feb. 1999
2 minuten
Een nieuwe draai aan de transistor zou kunnen helpen om ‘s werelds steeds groeiende honger naar digitaal geheugen te voeden en tegelijkertijd tot 5% van de energie uit zijn energieverslindende dieet te snijden.
Na jaren van innovaties van Christian Binek van de University of Nebraska-Lincoln en Jonathan Bird en Keke He van Buffalo, hebben de natuurkundigen onlangs de handen ineen geslagen om de eerste magneto-elektrische transistor te maken.
Naast het terugdringen van het energieverbruik van alle micro-elektronica die het bevat, zou het ontwerp van het team het aantal transistors dat nodig is om bepaalde gegevens op te slaan met 75% kunnen verminderen, zei Nebraska-natuurkundige Dowben, wat leidde tot kleinere apparaten. Het zou ook die micro-elektronica-stalenvanggeheugen kunnen lenen dat precies onthoudt waar de gebruikers ophouden, zelfs nadat ze zijn uitgeschakeld of abrupt geen stroom kregen.
Het team gebruikt spin als basis van zijn aanpak. Elektronen die door grafeen stromen, kunnen hun aanvankelijke spinoriëntaties over relatief lange afstanden behouden – een aantrekkelijke eigenschap om het potentieel van een op spintronica gebaseerde transistor aan te tonen. Het daadwerkelijk regelen van de oriëntatie van die spins, met aanzienlijk minder stroom dan een conventionele transistor, was een veel uitdagender vooruitzicht.
Om dit te doen, moesten de onderzoekers het grafeen onderbouwen met het juiste materiaal. Binek had al jaren gewijd aan het bestuderen en aanpassen van zo’n materiaal, chroomoxide. Cruciaal is dat chroomoxide magneto-elektrisch is, dus de spins van de atomen aan het oppervlak kunnen van boven naar beneden worden gedraaid, of omgekeerd, door een kleine hoeveelheid spanning aan te leggen.
Bij het toepassen van positieve spanning wijzen de spins van het onderliggende chroomoxide naar boven, waardoor uiteindelijk de spin-oriëntatie van de elektrische stroom van het grafeen naar links wordt gedwongen en daarbij een detecteerbaar signaal oplevert. Negatieve spanning draait de spins van het chroomoxide naar beneden, waarbij de spinoriëntatie van de grafeenstroom naar rechts draait en een signaal genereert dat duidelijk van het andere te onderscheiden is.
Dowben: "Dit geeft je potentieel een enorme betrouwbaarheid tegen zeer lage energiekosten. Het enige wat je deed was spanning aanbrengen, en het sloeg om."
Hoe veelbelovend en functioneel de demonstratie van het team ook was, Dowben benadrukt dat er tal van alternatieven zijn voor grafeen die ook één atoom dik zijn, maar ook eigenschappen hebben die beter geschikt zijn voor een magneto-elektrische transistor. "De race om chroomoxide te bedekken met die andere 2D-kandidaten is al begonnen."
Anderen lazen ook
