Kulstof er et fantastisk alsidigt stof. Det er en grundlæggende byggesten i levende organismer, et af de smukkeste og hårdeste materialer i form af diamanter, og som grafit findes det som kulstof i blyanter.
Også som grundlaget for fremtidens computerere har kulstof et stort potentiale, da fremtidige komponenter til PC’en kan fremstilles af de tynde grafitlag, som for første gang blev observeret i laboratoriet i 2004 - en opdagelse, som udløste sidste års nobelpris i fysik.
Udover at have en ladning har alle elektroner et tilknyttet magnetfelt - et såkaldt spin. Man kan forestille sig, at alle elektroner bærer rundt på en lille stangmagnet. Elektronens spin har et stort potentiale som grundlag for fremtidens computerchips, men denne udvikling har været hindret af, at spinnet har vist sig at være vanskeligt at kontrollere og måle.
Hidtil har man ikke kunnet bruge grafit
\ Fakta
Grafit er et gråsort, blødt kulstof med metalglans. Du kender det fra blyet i blyanter, som i virkeligheden er grafit og ler, der er brændt sammen, men det findes også i elektroder, smeltedigler og kan desuden bruges som smøremiddel.
I flade grafitlag påvirker elektronernes bevægelse ikke spindet, og de små stangmagneter peger i vilkårlige retninger. Man har derfor ikke kunnet bruge grafit til spinbaseret elektronik hidtil.
Men nu har forskere fra Niels Bohr Instituttet i samarbejde med japanske forskere vist, hvordan elektronerne på grafit bevæger sig i forhold til hinanden og til deres tilknyttede magnetfelt – det såkaldte spin, som det indtil nu ikke har været mulig for forskerne at forstå og kontrollere.
Opdagelsen baner vejen for en hidtil uset kontrol over elektronernes spin og kan få stor betydning i anvendelser inden for spin-baseret nano-elektronik. Resultaterne er blevet offentliggjort i det ansete tidsskrift Nature Physics.
Grafitten kan styres trods urenheder og fejl
\ Fakta
Spin-baseret nano-elektronik bliver populært kaldt for ’spintronik’. Det er en form for elektronik, der anvender en magnetisk tilstand (spin) af elektroner til at indkode og behandle data, frem for at bruge elektrisk ladning. Teknisk set er spin er tæt forbundet med, men ikke helt det samme som magnetisme.
»Vores resultater viser, at hvis man krummer grafitlaget til et rør med en diameter på få nanometer, bliver den enkelte elektrons spin pludseligt kraftigt påvirket af elektronens bevægelse. Da elektronerne på nanorøret yderligere er tvunget til at bevæge sig i simple cirkler rundt om røret, bliver effekten, at alle spinnene retter sig ind langs rørets retning,« forklarer adjunkt Thomas Sand Jespersen fra Nano-Science Centeret ved Niels Bohr Institutet.
Man har tidligere antaget, at dette fænomen kun kunne ske i ganske særlige tilfælde, som har været meget vanskelige at genskabe i virkeligheden. Nu viser forskernes resultater, at ensretningen sker i de generelle tilfælde med vilkårligt mange elektroner på et kulstof-nanorør med både fejl og urenheder, som altid vil være tilstede i realistiske komponenter.
Samspillet mellem bevægelsen og spinnet blev målt ved at sende en strøm igennem et nanorør, hvor antallet af elektroner kan kontrolleres enkeltvis. De to danske forskere fortæller, at de yderligere har påvist, hvordan man kan styre styrken af effekten eller helt slukke for den, ved at vælge det rette antal elektroner. Derved er der åbnet for en hel række nye muligheder for kontrol og anvendelser af spinnet.
