Onderzoekers zetten stap richting 'spin-computer'

De spin van elektronen in grafeen zou op termijn kunnen worden ingezet als informatiedrager en zelfs als rekeneenheid in computers. Een verbeterde injectietechniek zou tot extreem snel en zuinig geheugen kunnen leiden.

Onderzoekers van de universiteit in Californië hebben een verbetering in spintronics ontwikkeld waarbij elektronenspin in grafeen wordt overgebracht. Bij spintronics wordt de spin, een quantummechanische eigenschap van deeltjes, gebruikt als bits. Zij noemden hun techniek tunneling spin injection; ze 'injecteren' elektronen met spin. Door de spintoestand van de elektronen weer uit te lezen, kan de spin effectief worden gebruikt als informatiedrager. Volgens hoofdonderzoeker Roland Kawakami zou dergelijke spintronics-elektronica duizenden malen sneller zijn dan hedendaagse computers.

Kawakami's onderzoeksgroep verbeterde het proces om de spin van elektronen naar grafeen over te brengen. Zij brachten een isolerende laag van een nanometer dik magnesiumoxide aan op het grafeen. De elektronen tunnelen door deze laag van de elektrode naar het grafeen. De isolatielaag stelde de onderzoekers in staat de elektronen met behoud van spin dertigmaal efficiënter in het grafeen te injecteren. Bovendien bleef de spin van de elektronen een factor vijf langer behouden tot ongeveer 500 picoseconde, maar de onderzoekers vermoeden een langere levensduur in de orde van microsecondes van de elektronenspin in grafeen.

Het grafeen vertoonde een magnetoresistief effect van 130 ohm bij kamertemperatuur, een waarde die in geen enkel ander materiaal wordt gehaald. Gecombineerd met de effectieve injectie van de elektronenspin en hun lange levensduur zou de spin van in grafeen geïnjecteerde elektrodes zich uitstekend lenen als niet-vluchtig geheugen of als schakelelement in processors. Als geheugen zou spintronics de capaciteit verveelvoudigen en minder werkspanning vergen. Die ontwikkeling zou echter nog zeker vijf jaar duren.