Spinnvill lagring

Elektronenes indre spinn kan bidra til å løse store utfordringer knyttet til blant annet lagringskapasitet i datamaskiner.

Publisert
Professor Arne Brataas, forsker på elektronets spinn.  (Foto: Geir Mogen/NTNU)
Professor Arne Brataas, forsker på elektronets spinn. (Foto: Geir Mogen/NTNU)

Siden 1960-tallet har antallet transistorer i elektroniske kretser fordoblet seg hver attende måned. Hver enkelt transistor blir redusert til halve størrelsen like raskt.

Dermed kan vi produsere stadig mindre og smartere telefoner, mp3-spillere og digitale kameraer.

Dersom denne utviklingen innen nanoteknologi fortsetter, vil en transistor i 2025 være like liten som et atom, ifølge Arne Brataas, professor ved NTNU. 

– Dette medfører store utfordringer for elektronikkindustrien og for materialforskning. Forskerne leter etter muligheter for å øke informasjonsmengden i materialsystemer. En lovende mulighet ligger innenfor spinntronikk, forklarer han.

Større frihet

Spinntronikk er basert på en vanligvis lite brukt egenskap i elektronene. Den mest kjente egenskapen i elektroner er elektrisk ladning som kommer av at elektroner flytter på seg.

Men elektronene har også en magnetisk egenskap, et «spinn», som følge av at elektronene tilsynelatende roterer rundt sin egen akse.

Ved å styre spinnet mer presist kan man bygge lagringsenheter og prosessorer basert på elektronenes spinn i stedet for deres strøm. Det er dette som er spinntronikk.

– Når man bruker elektriske ladninger til å lagre og manipulere informasjon, er man avhengig av elektriske spenninger for å påvirke det. Spinn kan derimot også påvirkes av magnetiske felter. Det gir en større frihet, påpeker Brataas.

I vanlige materialer er spinn-egenskapen opphevet fordi like mange elektroner roterer i begge retninger. Men ved å sette vanlige materialer i kontakt med magnetiske materialer, hvor flere elektroner roterer i én retning, kan noe av denne indre rotasjonen også gli over i vanlige materialer.

Tidlig ute

For å utnytte spinn-effekten maksimalt, er det nødvendig å forstå de grunnleggende egenskapene knyttet til spinn. Det er nettopp det Brataas jobber med.

Hvordan oppfører spinn seg i ulike materialer? Hvordan kan man sette i gang spinn i materialer som i utgangspunktet ikke har det? Og hvor langt inn i et materiale kan spinn bevege seg?

Spinntronikk hadde sin spede start allerede i 1988. Fem år senere koblet Brataas seg på, som masterstudent i Nederland, og i 2002 startet han den første forskergruppen på feltet i Norge.

Bedre minnebrikker

Det er stor interesse for spinntronikk internasjonalt. Blant annet jobber de store IKT-firmaene med å videreutvikle teknologi knyttet til harddisker, lesehoder og minnebrikker.

I 2007 gikk nobelprisen i fysikk til forskere som oppdaget såkalt Giant Magnetoresistance (GMR) i 1988. GMR er selve utgangspunktet for spinntronikk, og er nå er den ledende teknologien i harddisker. Det er den første store kommersielle utnyttelsen av nanoteknologi.

Ifølge Brataas kan spinntronikk komme til nytte på en rekke områder. For eksempel vil teknologien kunne brukes til å måle magnetfelt og giftige gasser i rommet og kanskje i kvantedatamaskiner.

I tillegg kan det bli mulig å produsere minnebrikker som gjør at man slipper å vente på at datamaskinen skal bootes før de virker.

– Spintronikk er en etablert teknologi som ikke lenger har den enorme «hype-effekten». Men det er fremdeles et stort og interessant felt som det gjenstår mye forskning på, understreker Brataas.

Lenke:

Forskningsrådets program Fri prosjektstøtte (FRIPRO)