Spintronics and thermoelectrics in exfoliated and epitaxial graphene
| Promotie: | Dhr. J.J. (Jasper) van den Berg |
| Wanneer: | 14 oktober 2016 |
| Aanvang: | 14:30 |
| Promotor: | prof. dr. ir. B.J. (Bart) van Wees |
| Waar: | Academiegebouw RUG |
| Faculteit: | Science and Engineering |
Koelen en schakelen met spin
Het onderzoek van Jasper van den Berg betrof twee onderwerpen: grafeen spintronica en grafeen thermo-elektriciteit. Spintronica is een vorm van elektronica waar niet de elektronenstroom bepalend is, maar de spinstroom. Spin is een kwantummechanische eigenschap van elektronen. Simpel gezegd kunnen elektronen twee spinoriëntaties hebben: up of down. Het is de spinoriëntatie van de elektronen te manipuleren. Het tweede onderwerp, thermo-elektriciteit, gaat over de interactie tussen warmte- en ladingsstromen. Een klassiek thermo-elektrisch verschijnsel is het Peltier-effect, het koelen of opwarmen van een grensvlak tussen twee materialen waar een elektrische stroom doorheen vloeit.
Grafeen is een interessant materiaal voor het bestuderen van zowel spintronische als thermo-elektrische effecten. Spins kunnen in grafeen ongestoord reizen over een afstand van meerdere micrometers bij kamertemperatuur, meer dan in welk ander materiaal. En de sterkte van het Peltier-effect in grafeen kan worden gereguleerd met behulp van een aangelegde spanning, waarbij zelfs kan worden geschakeld tussen koeling en opwarming van het grensvlak.
Van den Berg keek met name naar de geschiktheid van epitaxiaal grafeen voor spintronische toepassingen. Epitaxiaal grafeen is een grafeensoort met een groot oppervlakte, die kan worden gegroeid op een silicium carbide (SiC) chip. Hij laat zien dat het mogelijk is op grote schaal spin devices te produceren en dat spin transport zich anders gedraagt op dit specifieke substraat, doordat spins tijdelijk worden vastgezet in ladingsvallen die zich bevinden in het grensvlak tussen grafeen en SiC.
Verder onderzocht Van den Berg een nanodevice dat ten eerste met behulp van een gate-spanning kan schakelen tussen opwarming en koeling van een grafeen-goud grensvlak en daarnaast deze temperatuursverandering elektronisch kan meten met behulp van een nano-thermokoppel.
Jasper van den Berg verrichtte zijn promotieonderzoek bij de afdeling Fysica van Nano Devices van het Zernike Institute for Advanced Materials.Het werd medegefinancierd door NanoNed, stichting FOM, de Deutsche Forschungsgemeinschaft en de Europese Unie. Hij werkt inmiddels als Invention Developer bij het Zwitserse bedrijf Iprova Sàrl.