Je leest:

Magneetgeheugen praat met transistor

Magneetgeheugen praat met transistor

Een laagje van slechts een nanometer dik, gemaakt van gadolinium, kan de magnetische wereld koppelen aan de elektronische. Hierdoor wordt het mogelijk de basiselementen voor een computerchip, transistors, uit te rusten met een magnetische geheugenlaag. Geheugen dat direct gekoppeld wordt aan rekenkracht, is een interessante optie omdat het energiezuinig en efficiënt is en nieuwe functionaliteit geeft.

In Nature Materials van oktober publiceert promovendus Byoung-Chul Min samen met collega’s onder leiding van dr. Ron Jansen van het MESA+ Institute for Nanotechnology van de UT deze manier om een brug te slaan tussen vanouds gescheiden werelden.

Magnetische geheugens, zoals de harde schijf, berusten op een geheel andere technologie dan elektronische schakelingen. Tot nu toe lukte het niemand om een magnetische laag succesvol te combineren met elektronica. Toch is dat interessant, want een magnetisch geheugen heeft geen extra energietoevoer nodig om zijn inhoud vast te houden; eenmaal in een toestand gebracht, blijft het zo staan. Zou een magnetische geheugenlaag direct worden aangebracht op een transistor, dan ontstaat een krachtige nieuwe component om rekenkracht direct te koppelen aan geheugenwerking. Het energieverbruik, zeker belangrijk in mobiele apparatuur, kan daardoor omlaag.

De koppeling tussen magnetische geheugens en elektronische schakelingen maakt compleet nieuwe computers mogelijk. bron: PhysicsWeb.

Weerstand 100 miljoen keer kleiner

Op silicium, hèt basismateriaal voor halfgeleider elektronica, was die koppeling nog niet mogelijk, voor enkele andere halfgeleiders al wel. “Wij hebben laten zien waaraan dit ligt”, aldus Ron Jansen. “Als je een laag magnetisch materiaal in contact brengt met silicium ontstaat een barrière en is de weerstand een factor 100 miljoen te groot. De magnetische informatie kan daardoor met geen mogelijkheid het grensvlak tussen de magneetlaag en het silicium passeren.” Met dat uitgangspunt zijn de onderzoekers aan de slag gegaan om tot een verrassend effectieve oplossing te komen. Ze kiezen daarvoor het materiaal gadolinium, dat speciaal is omdat het een lage ‘werkfunctie’ heeft: een elektron maakt gemakkelijk de oversteek ‘het materiaal uit’. Een laagje van één nanometer dik, aangebracht tussen silicium en het magnetische materiaal, is in staat de barrière te verwijderen en laat daarbij het magnetische materiaal vrijwel intact. Dat maakt dat de elektronica wèl in contact komt met de magnetische informatie.

Een dun laagje gadolinium zorgt ervoor dat de informatie die is opgeslagen in het magnetische materiaal, zijn weg vindt naar het silicium. Een directere koppeling was er tot nu toe niet. bron: Universiteit Twente.

De dunne laag gadolinium wordt aangebracht via een opdampproces waarmee de laagdikte nauwkeurig te controleren is. Daarmee is ook de gewenste weerstand in te stellen over een groot bereik; een factor 100 miljoen. Vervolgens kan het magnetisch materiaal erop aangebracht worden. Nu het contactprobleem tussen magnetische en elektrische onderdelen is opgelost, kunnen onderzoekers nieuwe componenten gaan ontwerpen waarin elektronica en magnetische technologie wordt gecombineerd. De eerste magnetische transistor is daardoor binnen handbereik gekomen.

Het onderzoek van de groep van Jansen is ingebed in de leerstoel in oprichting “NanoElectronics” van het MESA+ Institute for Nanotechnology en is mede tot stand gekomen met financiële steun van het nationale nanotechnologieprogramma NanoNed. Daarbij werd tevens samengewerkt met onderzoekers van Sony.

Het artikel ‘Tunable spin-tunnel contacts to silicon using low-work-function ferromagnets’ door B.C. Min, K. Motohashi, J.C. Lodder and R. Jansen verschijnt in de oktober editie van Nature Materials.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van Universiteit Twente (UT).
© Universiteit Twente (UT), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 september 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.