Ved å utnytte elektronenes grunnleggende spinnegenskaper kan informasjon sendes raskere og mer effektivt på nanonivå. På sikt åpner dette opp for å kunne lage enda mindre og raskere datakomponenter.
Forflytning av elektronenes ladning er grunnlaget for elektrisitet og spiller derfor en ekstremt viktig rolle i det moderne teknologiske samfunnet. Men elektroner har også en annen grunnleggende egenskap som kalles spinn. Et elektronspinn visualiseres ofte som en mikroskopisk kule som roterer rundt sin egen en akse, kalt spinnaksen.
Ferromagneter: Fra kompass til kommunikasjonsteknologi
I noen materialer ønsker elektronene å innrette spinnaksene sine i samme retning. Da akkumuleres alle spinnene til en makroskopisk magnetisering, og vi omtaler gjerne disse materialene som (ferro-)magneter. Ferromagneter i kompass har vært brukt til navigering i tusen år. I dag spiller disse materialene viktige roller blant annet som komponenter til bruk i informasjons- og kommunikasjonsteknologi.
Antiferromagneter
Denne avhandlingen handler i hovedsak om en annen type magnetiske materialer, nemlig antiferromagneter. I antiferromagneter er annethvert elektronspinn innrettet i motsatt retning. Spinnene vil på denne måten utligne hverandre. Disse materialene har derfor ikke en makroskopisk magnetisering og vil ikke feste seg på en kjøleskapsdør.
Antiferromagneter er likevel interessante materialer, blant annet for elektronikkindustrien, fordi de har en høy grad av mikroskopisk orden. Denne ordenen kan manipuleres og brukes som informasjons- og signalbærer i komponenter på nanometerskala. Kanskje kan antiferromagnetiske komponenter i fremtiden inngå i en raskere og mer energieffektiv elektronikk som baserer seg på spinntransport i stedet for energikrevende ladningstransport.
Hvordan manipulere spinn
Som en del av min doktorgrad har jeg beskrevet teoretisk hvordan man kan påvirke den mikroskopiske spinnordenen ved hjelp av ladningsstrømmer, magnetiske felt, spinnbølger og temperaturforskjeller. Resultatene viser at disse ytre påvirkningskreftene kan brukes til å forflytte og kontrollere posisjonen til magnetiske domener med høy hastighet. Jeg viser også hvordan denne manipuleringen av spinnordenen er mulig i isolerende (ikke strømførende) antiferromagneter. Dette åpner opp for å lage datakomponenter som bruker mye mindre av den energikrevende ladningstransporten.