Quantumfysici van de TU Delft hebben voor het eerst laten zien dat het mogelijk is om spingolven op een chip te controleren en manipuleren met behulp van supergeleiders. Deze minuscule golven in magneten bieden in de toekomst mogelijk een alternatief voor elektronica, interessant voor bijvoorbeeld energiezuinige informatietechnologie of koppelstukjes in een quantumcomputer.
Wat zijn spingolven?
Spingolven zijn golfjes die ontstaan door de interactie tussen de magnetische momenten van atomen in een magneet. Deze magnetische momenten, ook wel spins genoemd, kunnen zich richten naar een extern of intern magneetveld. Als een spin van richting verandert, beïnvloedt dat de spins in de buurt, waardoor er een golfbeweging ontstaat. Deze golfbeweging kan informatie dragen, net als een elektrische stroom in een draad.
Wat zijn supergeleiders?
Supergeleiders zijn materialen die geen elektrische weerstand hebben als ze worden afgekoeld tot zeer lage temperaturen. Ze kunnen ook magnetische velden buigen of tegenhouden. Dit heeft een bijzonder effect op spingolven, die zelf ook een magnetisch veld opwekken.
Hoe werkt het experiment?
De onderzoekers legden een dun laagje van een supergeleider op een magneet en koelden het geheel af tot -268 graden Celsius. Ze ontdekten dat de supergeleider als een spiegel werkte voor de spingolven: hij kaatste het magnetische veld terug naar de magneet. Hierdoor veranderde de snelheid en de golflengte van de spingolven.
Door de temperatuur van de supergeleider een beetje te variëren, konden de onderzoekers de spingolven heel precies afstemmen. Ze konden ze bijvoorbeeld afbuigen, reflecteren of laten resoneren. Dit geeft nieuwe mogelijkheden om spingolven te gebruiken voor informatieoverdracht of quantumcomputers.
Waarom is dit belangrijk?
De ontdekking, die gepubliceerd is in het wetenschappelijke tijdschrift Science, is niet alleen interessant voor de technologie, maar ook voor de natuurkunde. Het laat zien hoe supergeleiders en magneten op een fundamenteel niveau met elkaar interacteren. Het kan ook leiden tot meer inzicht in de eigenschappen van supergeleiders zelf.
“De spingolftechnologie staat nog in haar kinderschoenen”, zegt Michael Borst, die het onderzoek leidde. “Om bijvoorbeeld energiezuinige computers te maken met deze technologie, moeten we eerst kleine circuitjes gaan bouwen om berekeningen uit te voeren. Met onze ontdekking gaat er een deur open: supergeleidende elektrodes maken talloze nieuwe en energiezuinige spingolf-circuitjes mogelijk.”
“We kunnen nu apparaten ontwerpen op basis van spingolven en supergeleiders, die weinig warmte en geluidsgolven produceren”, vult Van der Sar aan. “Denk aan de spintronica-versie van frequentiefilters of resonatoren, onderdelen die in elektronische schakelingen zitten van bijvoorbeeld mobiele telefoons. Of schakelingen die als transistors of koppelstukjes kunnen dienen tussen de qubits in een quantumcomputer.”
Het onderzoek is onderdeel van het Quantum Delta NL-programma, dat als doel heeft om Nederland tot een wereldleider te maken op het gebied van quantumtechnologie. De onderzoekers werken samen met andere universiteiten en bedrijven om de potentie van spingolven en supergeleiders verder te verkennen.
