Grafeen lijkt veelbelovend materiaal voor spintronica

Volgens metingen van het Zernike Insitute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen kan grafeen de spin van elektronen bij kamertemperatuur over relatief grote afstanden vervoeren.

Spintronics is elektronica die gebruik maakt van een kwantummechanische eigenschap van elektronen die spin genoemd wordt. Deze spin kan gebruikt worden in supersnelle magnetische schakelingen en dataopslag met een ongekend hoge informatiedichtheid. Grafeen is een vorm die koolstofatomen aan kunnen nemen, waarbij ze een oppervlak vormen dat slechts één atoomlaag dik is. Deze koolstofvorm werd drie jaar geleden voor het eerst gevormd uit grafiet en kan spin nu al over relatief grote afstanden transporteren, maar volgens de onderzoekers kunnen verbeteringen in de fabrikagemethode die afstand nog een factor tien verhogen. De flinterdunne koolstoflaag zou ideaal zijn voor spintronics: tot nu toe kon spin alleen worden gemanipuleerd bij extreem lage temperaturen, zoals 85 Kelvin in het geval van silicium.

Het Zernike Instituut presenteerde zijn cijfers gisteren in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. De onderzoekers hebben een 'spin valve' gemaakt, een samenstelling van ferromagneten en grafeen. Dit laatste materiaal is niet magnetisch. Wanneer elektronen met een bepaalde spin door het materiaal worden gestuurd, worden ze door de magneet aan de andere kant geblokkeerd als hun spin in de grafeenlaag veranderd is. Dit betekent dat de spin valve geen weerstand heeft voor elektronen met de originele spinrichting en een hoge weerstand voor elektronen die van spinrichting zijn veranderd. Uit metingen bleek dat de temperatuur vrijwel geen invloed had op dit proces: bij 4,7 Kelvin presteerde de schakeling niet noemenswaardig beter dan bij 77 en 300 Kelvin. Het praktische gebruik van spintronics is met deze bij kamertemperatuur werkende schakeling weer een stapje dichterbij gekomen.

Reacties (42)

[Floort]

Om wikipedia te quoten:

Spin valves are used in magnetic sensors and hard disk read heads.

Deze bevinding zal volgens mij niet alleen nut hebben voor quantum computers, maar ook voor conventionele harde schijven.

Op het gebied van quantum computers word momenteel het meeste onderzoek gedaan naar ion-traps en supergeleiding. Volgens mij zijn deze spin valves voor geen van beidde toepasbaar. Het probleem/leuke aan quantum computers is dat er nog zo weinig over bekend is, dat men nog niet eens weet welke technieken handig zijn om te gebruiken. De ene techniek is makkelijker te gebruiken, terwijl een andere techniek juist beter schaalt naar een groter aantal qubits.

[Rvanlaak]

En hoe zit het dan met de "breekbaarheid" van die 1 atoom dikke laag grafeen? Als dit op een leeskop van een HD zit, blijft deze dan intact, of hoe moet ik dit zien?

[Verwijderd]

Quantum physics beschrijft de eigenschappen van deeltjes die zo klein zijn dat ze niet direkt waarneembaar zijn zoals electronen, quarks en photonen. Als je normaal gesproken iets "ziet" vang je photonen (lichtdeeltjes) op die van het object kaatsen of erdoor uitgezonden worden. Quantum deeltjes zijn zo klein dat ze door photonen beinvloed worden. Vergelijk het met het gooien van basketballen naar een snelweg. Als je bal een vrachtwagen raakt zal die vrachtwagen er weinig last van hebben. Als je bal een Smart raakt zal die waarschijnlijk de berm in rijden waardoor je waarneming waardeloos wordt (je hebt de richting van de Smart beinvloed). Net als basketballen en planeten kunnen quantumdeeltjes om hun eigen as draaien. Ze doen dit niet alleen om hun "lengte" as zoals een planeet maar kunnen om elke willekeurige as draaien. Dit draaien heet spin. Spin is te beinvloeden met een magnetisch veld. Omdat spin voor elk deeltje normaal gesproken altijd gelijk is kun je als de spin toch veranderd is concluderen dat dit expres is gedaan, eenstukje informatie te vergelijken met de 0 en 1 in computers. Omdat spin meer dan twee vormen kan aannemen kun je er meer dan twee soorten informatie in kwijt. Net als in een versnellingbak of een klok kunnen quantumdeeltjes hun spin overdragen aan hun buurman. Op die manier wordt de spin vervoert over grotere afstanden.

[Verwijderd]

Hiermee kun je dus de datadichtheid van harde schijven verbeteren, meer data per schijf (platter) dus. Echter, het zal nog heel lang duren eer het in gebruik genomen zal worden. De voordelen zijn op dit moment nog niet echt economisch verantwoord en meer toekomst muziek, en met toekomst bedoel ik over een kleine 25 jaar.

Bij dit soort technieken kan (mits geperfectioneerd) ook de tempratuur van de algehele disk omlaag, waardoor minder koeling vereist is, meer data per vierkante milimeter en hopelijk een hogere betrouwbaarheid. veel voordelen dus. Grafeen is vrij makkelijk te vergaren en er wordt van gezegd dat we daar een "oneindig" vergaarbaar voorraadje van hebben op Aarde. Gelukkig hebben we er niet bijzonder veel van nodig.

Ik dacht, als niemand antwoord op de vraag wat je ermee kunt, dan doe ik het wel .

[Grrrrrene]

En om het wat te verduidelijken: het wordt koeler omdat de platters veel kleiner kunnen worden en dus minder luchtwrijving en dus warmte veroorzaken

Die 25 jaar is wat ik ook gokte, maar als het 10 - 50 jaar zou duren sta ik er niet van te kijken

[Mad Mantis]

Dat grafeen geschikt is voor spintronics is al langer bekend bij iedereen die werkt in dat veld. Alleen een beetje jammer is dat het spul zo ontzettend moeilijk te maken is. Tenzij we een beetje opschieten met de synthese ervan te verbeteren zie ik dit nog niet zo snel worden toegepast als andere spintronic architecturen.

[Martinspire]

Maar wat voor onderdelen spreken we dan over? Proccessoren, HD's, RAM, of juist de verbindingen? Of vervallen al die onderdelen en krijgen we iets anders? Dat bv de 0 en 1 vervallen ofzo. Het komt namelijk niet erg duidelijk uit het bericht.

[iceheart]

om je quantumwerkingen enzo te behouden kun je moeilijk een draadje ertussen leggen dus zou het inderdaad alles-in-een worden. that being said geloof ik niet dat conventionele opslag als HDDs of SSDs eruit gaat, zelfs in de verdere toekomst dus dan krijg je daarnaartoe fijne vertaalelementjes.

[Floort]

om je quantumwerkingen enzo te behouden kun je moeilijk een draadje ertussen leggen dus zou het inderdaad alles-in-een worden.

Lang niet altijd waar. Kijk maar eens bij supergeleidende quantumcomputers waar de stroom in een stroomkring twee kanten tegelijk oploopt.

Maar wat voor onderdelen spreken we dan over?

Praktisch alle ontwikkelingen op het gebied van quantum computers zijn op dit moment ongeveer equivalent aan "Hoe maak je een transistor, een AND poort etc?" en "Hoe kopel je deze bouwstenen aan elkaar?". Ongeveer de basisonderdelen van een processor (maar ook je RAM, flash geheugen etc) dus.

[iceheart]

en hoe zag jij een supergeleidend moederbord voor je dan?
wordt een beetje boel koeling lijkt me

[i-chat]

blijkbaar niet, als je met deze koolstof variant geleiding hebt op kamer temp ...... valt 't met die 'boel' koeling wel mee

[Janusch]

okee, stond niet goed voor scheikunde, maar wat kunnen we hier mee in de toekomst? (ik snal alle stoffen/namen enzo wel hoor!)

[iceheart]

wel, om te beginnen is dit natuurkunde. verder: het is ontwikkeling in de ruwe richting van een quantumcomputer. meer **wil** je zo te horen niet weten geloof me.

[TheTMC]

De QuantumMechanica valt toch echt ook onder de scheikunde hoor

Verder is dit allemaal erg moeilijk te volgen / uit te leggen

[Grrrrrene]

Een nieuwsbericht erover schrijven valt ook niet mee

Heel simpel gezegd lopen we over een tijdje tegen de grenzen van de huidige techniek aan en dit is een mogelijke opvolger zodat je computer over 20-30 jaar _nog_ sneller kan worden. Ik heb werkelijk geen flauw idee wanneer we kwantummechanische computers kunnen verwachten, die 20-30 jaar is gvoelsmatig al bijzonder optimistisch, maar je weet nooit. Dit soort technieken hebben een doorbraak nodig zoals deze: voorheen was dit niet mogelijk bij kamertemperatuur en ik denk dat je je kunt voorstellen dat consumenten niet bereid zijn hun energierekening te vervijfvoudigen omdat hun PC pas bij -250 graden Celsius werkt

[Verwijderd]

Er bestaan al quantum computers die met qubits kunnen rekenen.
Ze zijn speciaal ontworpen voor specifieke taken.
Doorbraken zijn nodig voor grootschalige acceptatie.
Daarnaast is quantum computing iets totaal anders dan de huidige architectuur van computers.
Je kan dan ook niet snel een dikke game op zo'n computer draaien.

[Shuisman]

QuantumMechanica is toch echt natuurkunde. ( http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_mechanics )
Bovendien studeer ik Technische Natuurkunde en heb dit vak ook gehad. Best leuk die quantum wavefunctions

Alhoewel ik moet toegeven dat 'scheikundigen' (chemici) het ook gebruiken.

[Reactie gewijzigd door Shuisman op 22 juli 2024 14:16]

[Verwijderd]

Het is altijd weer opvallend om te zien hoeveel besef van de geschiedenis er onder de natuurkundige toch niet aanwezig is.

Natuurkundigen dachten dat ze alles wel wisten en konden verklaren met de kennis die ze hadden, maar scheikundigen liepen tegen problemen aan die ze niet konden oplossen met de natuurkundige kennis van die tijd. Scheikundigen hebben er toen zwaar op aangedrongen bij de natuurkundigen om verder te zoeken, maar, de natuurkundigen wilden niet, want ze wisten alles al.
Quantum mechanica is dan ook pure natuurkunde, maar de basis in deze tak van wetenschap is volledig gelegd door scheikundigen en pas toen die de nodige zaken hadden onderzocht, vastgelegd en bewezen, wilden de eerste natuurkundigen toegeven dat er wellicht toch iets meer was dan ze daarvoor hadden beweerd.
De eerste dertig jaar dat er onderzoek is gedaan naar quantum mechanica, is er dan ook geen enkele natuurkundige bij dit onderzoek betrokken geweest.

de uitspraak dat scheikundigen quantum ook gebruiken, vind ik daarom nogal denigrerend en fundamenteel onjuist.

hmmm, wel een beetje of-topic geloof ik..

[Verwijderd]

Het is altijd weer opvallend om te zien hoeveel besef van de geschiedenis er onder de natuurkundige toch niet aanwezig is.

Een aantal heel belangrijke grondleggers van de kwantummechanica zijn nochtans natuurkundigen: Max Planck die zwarte stralers onderzocht, Albert Einstein die het foto-elektrisch effect vond, Arthur Holly Compton, de ontdekker van de comptonscattering, Paul Dirac en Enrico Fermi, gekend voor de Fermi-Dirac distributie, etcetera.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 14:16]

[.oisyn]

Als je het over de grondleggers van QM wilt hebben vergeet je eigenlijk nogal wat belangrijke namen. Ik noem een Heisenberg, Bohr, Schrödinger, Pauli, .... Ook allemaal natuurkundigen trouwens

Ik heb veel over QM gelezen (inclusief de geschiedenis en de totstandkoming), maar ik moet zeggen dat ik nooit iets gehoord heb wat ook maar in de verste verte in de buurt komt van de beweringen van DickCAH. Ik ben dan ook erg benieuwd naar een fatsoenlijke bron zodat ik mijn kennis over het onderwerp evt. bij kan sturen

.edit: @ eamelink hieronder: precies, en net dat laatste zinnetje is waar het hier om gaat. 't Is niet dat, op aandringen van chemici, een paar natuurkundigen - met tegenzin - maar eens verder onderzoek zijn gaan doen. Dat verhaal wil er bij mij gewoon niet in, noch dat chemici de basis voor QM hebben gelegd . Niet dat ik hierdoor chemici onder natuurkundigen plaats, overigens. Maar je moet dingen wel in perspectief zien, het zijn gewoon verschillende gebieden binnen de wetenschap.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 22 juli 2024 14:16]

[eamelink]

.oisyn, er zit wel degelijk een kern van waarheid in. Zo rond 1900 heerste de opvatting dat de fysica 'af' was. We kenden alle natuurwetten, en we hoefden alleen nog maar wat eigenschappen te bepalen van alle materialen in het heelal en dan konden we alles voorspellen.

We hadden immers de wetten van Newton die alle mechanica beschrijven, en de wetten van Maxwell die alle electromagnetische verschijnselen beschrijven, we hadden statistische fysica die prima werkte, enzovoorts. Er waren nog maar een paar losse eindjes die aan elkaar geknoopt moesten worden, zoals de UV catastrofe en als dat gedaan was, dan was de fysica klaar

Pas na enige tijd bleek dat je met het UV catastrofe touwtje bijna de gehele fundering onder de fysica kon wegtrekken; de boel bleek ineens gekwantiseerd te zijn. Verder bleken de wetten van Newton ook niet meer zo goed te werken bij extremen, en zo was de gedachte dat de fysica af was weer erg snel verdwenen

Ik kan me alleen niet voorstellen dat chemici daar een grote rol in hebben gespeeld

[iceheart]

nou is inderdaad mn vader nog op iets quantummechanisch gepromoveerd --- als scheikundige. het grootste deel is natuurkunde, ik denk datdat wat wat duidelijker is.


en, na wat verder nagedacht te hebben, mijn fout geloof ik, 1) het hier ontwikkelde grafeen is scheikunde werk en 2)spin zie je vzviw meer in de scheikunde terug - maar wurg me daar niet om, ik weet het niet zeker

[Floort]

<flame>
Alle natuurwetenschappen vallen in principe onder de natuurkunde. Scheikunde is alleen maar een specialisatie van de natuurkunde die zich alleen bezig houd met de buitenste paar elektronen van de elementen.
</flame>

Wat quantum computers precies zijn ga ik niet uitleggen, maar neem in ieder geval aan dat het ontzettend coole (letterlijk en figuurlijk) dingen zijn.
Op dit moment zijn we met quantum computers nog in het stadium van het bouwen van schakelingen met enkele elektronenbuizen, om een vergelijking te trekken met "gewone" computers. Veel verder dan bijvoorbeeld een paar AND of XOR poorten zijn we nog niet gekomen. Met als bijkomend nadeel dat er een hoop verschillende technieken zijn om deze schakelingen te bouwen en niemand is het nog eens over wat de beste techniek is.

Misschien komt dit een beetje negatief over, maar het is een ruwe vergelijking en ik ben zelf enthousiast over het huidige onderzoek naar quantum computers (in verschillende richtingen).

[masteriiz]

Tsja de eersten die bezig waren met het (zuiver theoretisch) onderzoek naar elementaire deeltjes waren filosofen. Is het zo moeilijk te accepteren dat wetenschappen niet altijd een afgesloten eigen domein hebben?

[danielsrje]

Mee eens. Om figuren als Einstein, Bohr en Planck in het vakje 'natuurkundigen' te plakken vind ik ook nogal aanmatigend. Wat deze mensen aan het doen waren ontsteeg ieders begrip op dat moment, natuurkundigen, scheikundigen én filosofen en veel van hun onderzoek ging ook ruim buiten ieder(s) vakgebied. Dit is wetenschap pur sang!

[Verwijderd]

Wat je hiermee kunt is onderdelen van een quantum mechanische computer maken.

[Cameleon73]

Ik had precies hetzelfde. Die materiaalnaam is (voor Nederlanders tenminste) niet echt handig gekozen... In het Engels is het Graphene trouwens ... dat weer erg veel op Gangrene lijkt

Als je het vergelijkt met grafiet wordt de naam al iets herkenbaarder, btw. 2D grafiet = grafeen.