Interview: Magische magneten

Zonder opstarten meteen je computer gebruiken. Dat ideaal is bereikbaar met magnetische geheugens, een mogelijke toepassing van het Vici-onderzoek van Henk Swagten. Aan de TU Eindhoven, bestudeert hij magnetische eigenschappen van elektronen. ‘Uitdagend onderzoek, met grote potentie voor toepassingen’ oordeelde de Vici-commissie in 2002.

door

Zonder opstarten meteen je computer gebruiken. Dat ideaal is bereikbaar met magnetische geheugens, een mogelijke toepassing van het Vici-onderzoek van Henk Swagten. Aan de TU Eindhoven, bestudeert hij magnetische eigenschappen van elektronen. ‘Uitdagend onderzoek, met grote potentie voor toepassingen’ oordeelde de Vici-commissie in 2002.

De eerste magnetische geheugens komen binnenkort op de markt. Magnetische geheugens zijn snel, klein en maken opstarten van je computer overbodig. Ze vormen een van de toepassingen van Henk Swagtens Vici-onderzoek. Swagten: ‘Mijn onderzoeksgroep doet fundamenteel onderzoek aan spins, magnetische eigenschappen van elektronen. Onze kennis wordt toegepast in een nieuw soort geheugens. Die combinatie van fundamenteel en toegepast fascineert ook studenten.’

Schematische weergave van een elektron met spin-up en een elektron met spin-down. Bron: http://www.fna.phys.tue.nl/index.asp?pageId=45

Swagten onderzoekt spintronica, het manipuleren van magnetische eigenschappen van elektronen in magnetische nanostructuren. Een magnetische ‘spin’ kan twee richtingen hebben: een nul of een één in een geheugen. De Eindhovense natuurkundige richt, injecteert en detecteert deze spins in systemen van magnetische lagen die zijn gescheiden door een isolerende laag van minder dan één miljoenste millimeter. In zo’n systeem bepaalt een magneetveld welke spinrichting makkelijk door de isolerende laag wordt doorgelaten en welke wordt geblokkeerd. Dit heet magnetoweerstand.

Optimaal werken de eerste geheugens gebaseerd op dit effect nog niet, vertelt Swagten. ‘Magnetische geheugens moeten tijdens de productie eigenlijk tot vierhonderd graden Celsius worden verhit. Maar dan verdwijnt het magnetoweerstandseffect, niemand weet waarom. Wij hebben inmiddels ontdekt dat de fysische eigenschap die het weerstandseffect veroorzaakt zelfs bij vijfhonderd graden nog bestaat. Waarschijnlijk veroorzaakt een van de onderste lagen in de geheugens het probleem. Als je het geheugen verhit, komt er mangaan uit dat onderste laagje naar boven. Er ontstaat dan een soort lekstroom die de werking van het geheugenelement verstoort.’

Er zijn nog meer uitdagingen voor Swagten. De eerste generatie magnetische geheugens bestaat uit metalen, terwijl de industrie liever halfgeleiders gebruikt. Die maken veel meer functies mogelijk: in halfgeleiders kun je met spanning of met licht ladingen een bepaalde kant op dwingen. De eerste resultaten van Swagtens onderzoek op dit gebied zijn veelbelovend. ‘We hebben al laten zien dat je inderdaad spins kunt injecteren vanuit een magnetische halfgeleider. Nu proberen we daar een volledig werkend geheugenelement van te maken bij kamertemperatuur.’

Swagten werkt in zijn omvangrijke onderzoek graag nauw samen met de industrie. ‘De sterke industriële koppeling zorgt dat je aanvoelt waar het bedrijfsleven warm voor loopt. Die betrokkenheid maakt fundamentele fysica enorm leuk.’

Meer weten?

Dit is een publicatie van Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
Het NWO heeft als taak het bevorderen van de kwaliteit en vernieuwing van wetenschappelijk onderzoek. Ook probeert het NWO nieuwe ontwikkelingen in het wetenschappelijk onderzoek te initiëren en stimuleren.