I dag är information, kommunikation och teknik en del av vår vardag. Samhällsutvecklingen driver behovet av alltmer omfattande datalagring, snabbare överföring av data – till en lägre energiförbrukning än dagens. För att förverkliga morgondagens smarta och energisnåla chip behövs en ny generation material. 

– Vi ser en mycket snabb utveckling av enheter skapade specifikt för tillämpningar inom artificiell intelligens, så snabb att vi behöver utveckla nya typer av hårdvara i material med magnetiska egenskaper som gör deras svar snabbare och mer effektiva än dagens, säger Yasmine Sassa.  

Oxider med särskilda egenskaper

Wallenberg Academy Fellow Yasmine Sassa arbetar experimentellt med att framställa nya material. Hon har tagit sikte på en särskild grupp av oxidmaterial, så kallade övergångsmetalloxider. Dessa har flera egenskaper som gör dem särskilt intressanta för olika elektroniska tillämpningar. 

I periodiska systemet återfinns övergångsmetallerna i mitten och inkluderar många av våra vanliga metaller som järn, zink, koppar och guld. Oxider från dessa material har föränderliga elektriska och magnetiska egenskaper, bland annat kan de gå från att vara elektriskt ledande till att bli isolerande. Kombineras fler metalloxider med varandra så uppträder ytterligare egenskaper som kan bli till nytta för framtidens elektronik. 

Yasmine Sassa koncentrerar sig på oxidernas magnetiska egenskaper i gränssnitt och vid ytor. I sin forskning bygger hon upp helt nya kombinationer av material genom att lägga mycket tunna filmer av metalloxid på varandra. 

– Genom att variera bland annat tjockleken hos filmerna är det möjligt att förändra materialets magnetiska och elektroniska egenskaper. Metoden gör det möjligt att skräddarsy ett material för att skapa de magnetiska och elektroniska egenskaper som du vill ha för en viss tillämpning, säger hon. 

Filmerna är bara några atomer tjocka vilket gör att det uppkommer så kallade kvanteffekter i gränssnittet mellan dem. Detta är olika fenomen som ger materialet magnetiska egenskaper som är så ovanliga att de går under benämningen ”exotiska”. Till exempel kan oxiderna bli supraledande, vilket betyder att de kan leda elektrisk ström utan motstånd. Särskilt intressant för Yasmine Sassa är det fenomen som kallas magnetiska skyrmioner. 

Magnetiska skyrmioner kan beskrivas som magnetiseringsvirvlar i nanoskala.

Eftersom de är så små och har en minimal energiförbrukning kan de magnetiska skyrmionerna användas för att skapa mycket integrerade och högpresterande enheter. Till exempel kan de användas för att konstruera nya generationer av datorminnen för framtidens kvantdatorer. 

Storskalig infrastruktur

Efter att tunnfilmsmaterialet byggts upp så studeras det noga för att öka kunskapen om vilka egenskaper det har. Här har Yasmine Sassa skapat flera nya experimentella metoder och verktyg som kan öka kunskapen. 

– Samtidigt bygger vi även nya teoretiska verktyg utifrån våra experiment som ska förbättra förutsättningarna för att bygga nya och bättre material.

För att tillverka de tunna filmerna tar Yasmine Sassa hjälp av ett nätverk av renrum för nanotillverkning som delas mellan Chalmers, KTH, Lunds universitet och Uppsala universitet. 

– Ett av mina mål är att etablera mitt forskningsområde i en större skala än dagens och i Sverige finns en mycket bra infrastruktur för att lyckas. Med storskaliga forskningsanläggningar som MAX IV och kommande ESS i Lund så finns det mycket goda förutsättningar. 

Hon betonar vikten av teamarbete för att lyckas och hoppas att kunskapen hon utvecklar tillsammans med andra kan bidra till ett säkrare samhälle. 

– De senaste årens terrorattacker, särskilt i mitt hemland Frankrike, har gjort mig orolig för framtiden. Som forskare hoppas jag att mitt arbete i en förlängning kan bidra till att skapa teknik för snabbare ansiktsigenkänning som gör oss säkrare, säger Yasmine Sassa.

Vi behöver nya material för att ta nästa kliv efter kiseltransistorerna, och här blir kvantmekanismerna i materialen avgörande för att lyckas. 

Ökad förståelse en drivkraft

Till Sverige kom hon 2015 från Paul Scherrer Institutet och ETH Zürich i Schweiz där hon doktorerade och arbetade som postdoktor. Redan som masterstudent fascinerades hon av möjligheterna med storskaliga forskningsinfrastrukturer. Dessa gör det möjligt att verkligen skapa en förståelse på djupet, menar hon. 

– En viktig drivkraft för mig har alltid varit att få en verklig förståelse av egenskaperna hos nya material innan vi når en tillämpning. Det är viktigt att vi gör den hemläxan för att slippa oväntade överraskningar i senare skeden. 

Törsten efter kunskap har hon haft sedan hon var liten hemma i Frankrike. Som barn besökte hon ofta närmaste tekniska museum med sin bror. Men ibland ställde även kunskapsivern till problem för familjen. 

– Min mamma har berättat för mig hur jag skruvade isär både vår tv och video för att förstå hur de funkade. Tyvärr lyckades ingen sätta ihop dem igen och mina föräldrar blev rätt arga, säger Yasmine Sassa. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Johan Wingborg