De elektronica van de toekomst zou zijn hoge snelheid en lage kostprijs wel eens te danken kunnen hebben aan de 'spin' van elektronen: de eigenschap dat zij om hun eigen as tollen. Onderzoeker Michel de Jong, van de groep NanoElectronics (MESA+) wil voor deze 'spintronica' organische materialen gaan inzetten en heeft hiervoor een Starting Grant van 1,5 miljoen euro ontvangen van de European Research Council.
Het is al de tweede grote ERC Grant in de groep van prof. Wilfred van der Wiel: zelf ontving de hoogleraar in 2009 eenzelfde Europese subsidie. Dat geeft wel aan dat het onderzoek sterk in de belangstelling staat. De nieuwe benadering kan een beslissende stap betekenen voor de volgende generatie elektronische componenten: nog compacter, sneller en goedkoper.
Het mooie aan de draaibeweging - 'spin' - van een elektron is dat die heel snel is te beïnvloeden met een klein magneetveld. De draairichting is om te keren via een extern magneetveld. Op deze manier is aan elektronen die onderweg zijn, informatie mee te geven: linksom draaiende elektronen vertegenwoordigen bijvoorbeeld een '1' en rechtsom draaiende een '0'. Het omkeren van de draairichting gaat veel sneller dan het aan- of uitzetten van de stroom: in potentie is spintronica dus erg snel en uiterst compact.
Organische materialen
Wat daar wél voor nodig is, is de combinatie van een materiaal dat magnetisch is met een halfgeleider zoals silicium, het meest gebruikte materiaal in de chipindustrie. Hoewel daar al wel resultaten mee zijn geboekt - ook Michel de Jong heeft er onderzoek naar gedaan - is het allesbehalve een eenvoudige combinatie. De Jong wil daarom nu een alternatief onderzoeken: halfgeleiders gemaakt van koolwaterstofketens, ofwel organische materialen. "Die materialen zie je al in de displays van de nieuwste smart phones, ze zijn sterk in opkomst. Ik verwacht dat je daar op termijn heel goedkope elektronica mee kunt maken, zodat nieuwe toepassingen mogelijk worden. Als je bijvoorbeeld op elk product in de supermarkt een 'tag' zou willen plakken waarin prijsinformatie is opgeslagen, mag de elektronica daarvoor vrijwel niets kosten."
Bucky balls
De Jong experimenteert al met twee magnetische materialen waartussen zogenaamde bucky balls zijn aangebracht: C60 moleculen die bolvormig zijn en die zwak met elkaar verbonden zijn. "Het grote voordeel is dat deze moleculen de spin van de elektronen zelf nauwelijks beïnvloeden. De spin-informatie is zo voor langere tijd op te slaan dan in silicium." Afhankelijk van de stand van het magneetveld in het bovenste en onderste magneetmateriaal, worden elektronen met dezelfde richting doorgelaten of juist niet, alsof er een klep open of dicht wordt gezet. Op deze manier is bijvoorbeeld een gevoelige magneetsensor te maken. Ook kan deze 'sandwich' de basis zijn voor nieuwe elektronische componenten die de spin gebruiken.
"Om echt goede componenten te maken, moeten we heel goed weten wat er op de grens van het magnetisch materiaal en het organisch materiaal gebeurt. Daarvoor is het wel nodig om de kwaliteit van het grensvlak te verbeteren. Als je een metaallaag aanbrengt op een organische laag, geeft dat nu nog geen goede aansluiting. Het organische materiaal heeft holten die kunnen worden opgevuld met metaal. Onvoorspelbaar gedrag is het gevolg. De komende vijf jaar willen we onderzoeken hoe we het fabricageproces kunnen verbeteren, om zo ook te weten te komen wat er precies gebeurt op dat grensvlak. Dankzij de ERC Grant kan ik daarvoor onder meer twee promovendi en een postdoc aanstellen."
