Nyskapande elektronik baserad på elektronens virvlande

Projektanslag 2022 Teknik, fysik matematik

Behoven att bearbeta och lagra digitala data fortsätter att växa exponentiellt och med den en ökad energiförbrukning. För att kunna möta denna utmaning måste nya elektroniska komponenter utvecklas.

Projektanslag 2022

Projekt:
"Harnessing orbital angular momentum for novel orbital electronics"

Huvudsökande:
Professor Peter Oppeneer

Medsökande:
Uppsala universitet
Mahmoud Abdel-Hafiez
Venkata Kamalakar Mutta
Jan Rusz

Göteborgs universitet
Johan Åkerman

Lärosäte:
Uppsala universitet

Beviljat anslag:
36 100 000 kronor under fem år

Syftet med projektet är att skapa och använda inducerad orbitalpolarisation och orbitala strömmar. Forskningsprojektet samlar de främsta forskarna inom spinntronikområdet i Sverige, både från teori och experiment. 

Ett alternativ till halvledartekniken som används idag, är att i stället för elektronens laddning, använda sig av elektronens spinn. Detta har redan framgångsrikt lett till tekniska innovationer, som magnetiska läshuvuden och magnetiska minnen i datorer och inbyggda system. För ungefär tio år sedan upptäckte man att det gick att styra spinnenheter elektriskt med den så kallade spinn-Hall-effekten. Spinn-Hall-effekten omvandlar en laddningsström till en spinnström, som kan användas för att programmera magnetiska minnen. 

Avgörande fördelar

Utöver spinnmomentet har elektroner också ett orbitalmoment, eller rörelsemängdsmoment, och nya teoretiska upptäckter pekar på att orbitalströmmar och orbitalpolarisering skulle kunna utnyttjas som informationsbärare i framtida elektroniska enheter. I dag¬¬ är forskningsområdet om orbitalelektronik väldigt outforskat men det har visat sig att den orbitala Hall-effekten är två storleksordningar större än spinn-Halleffekten. Detta tyder på att mycket större orbitala effekter skulle kunna utnyttjas i innovativa orbitalkomponenter som skulle kunna bli mycket energisnålare. 

– Vårt mål är att visa på att orbitalinformation kan genereras, transporteras och användas på liknande sätt som spinninformation används idag, men där orbitalströmmar har avgörande fördelar för framtida elektronikkomponenter när det gäller hållbara material och storleken på de inducerade orbitala effekterna, säger Peter Oppeneer, som leder projektet.

Text Uppsala universitet 
Bild Camilla Thulin