Artikkel

– Vårt mest framtidsrettede prosjekt noengang

forskere hopper i renrom
Gleden er stor i MiNaLab over Toppforsk-bevilgning Bruk bildet.

– Vårt mest framtidsrettede prosjekt noengang

«Fundament» handler om kvantedatamaskiner, LED (lysdiode) og nanokrystaller. Blant annet.

Defekter, eller feil i materialer ser vi vanligvis på som et problem, som noe som skal elimineres eller ihvertfall minimeres. Powerbase, et gigantisk EU-prosjekt som UiO deltar i, er et eksempel på det.

I det nye prosjektet Fundament, som tildeles Toppforskmidler fra Forskningsrådet, snur forskerne på flisa og ser på hvordan defekter tvert imot kan utnyttes til noe positivt.

-Vi er så futuristiske som vi aldri har vært før, sier prosjektleder Bengt Svensson, og sikter til at forskningsgruppa hans vanligvis jobber med grunnforskning som er nokså nær anvendelser.

Bengt Svensson
Bengt Svensson er en av syv forskere ved realfag og teknologi ved UiO som får Toppforsk-midler. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Denne gangen har de både ett og to tiårs perspektiv.

Det handler altså om defekter i halvledermaterialer.

– En av styrkene til UiO er at vi i stor grad klarer å kontrollere defekter, sier Svensson.

Et eksempel: Vi kan fjerne ett enkelt atom fra en ellers perfekt krystall, og får da en defekt som vi selv har kontroll over. Vi snakker altså ikke om fabrikasjonsfeil, men selvpåførte skavanker.

Spinntronikk - den «nye» elektronikken

I Fundament-prosjektet skal forskerne se på flere anvendelser av defekter, men den Svensson synes er mest spennende å snakke om handler om kvantedatamaskiner og elektronikkens «arvtaker,» spinntronikk:

Elektronikk er basert på flytting av ladning. Spinntronikk utnytter en annen egenskap ved elektronet, nemlig spinnet.

Spinn er en kvantemekanisk egenskap, men for å forstå hovedpoenget med spinntronikken holder det å vite at elektronet kan være i en av to mulige tilstander: Opp- eller ned-spinn.

Det kan vi utnytte til lagring og overføring av informasjon, ved å la spinnet tilsvare en binær 0 og 1, byggeklossene i digital teknologi.

For å undersøke hvilken spinntilstand et elektron er i - lese av informasjon, om du vil - sendes et foton inn på elektronet. Hvis elektronet har «opp»-spinn eksiteres det, og sender ut et foton idet det faller tilbake til grunntilstand.

Har elektronet «ned»-spinn blir det ikke eksitert av fotonet, og vi får ikke ut noe svar-foton.

– Det vi vil forsøke å få til i dette prosjektet er en defekt som kan romme et elektron, og hvor elektronet blir i en gitt spinntilstand tilstrekkelig lenge, forklarer Svensson.

– Vi kan bruke flere halvledermaterialer til dette, men i første omgang er silisiumkarbid (SiC) en het kandidat, sier han.

Kryptert og superrask

Spinntronikken har to store fordeler: Ettersom kommunikasjonen er basert på lys, er den superrask.

I tillegg er det ikke mulig å lese av spinnet uten å forstyrre systemet. Dermed kan vi bruke dette til sikker kommunikasjon, det som kalles kvantekryptering.

– Når kommer denne teknologien til å bli tilgjengelig?

– Vi tror at den først kommer til å bli tatt i bruk i nisjer hvor en har behov for sikker, kryptert overføring av informasjon.

– Men allerede i 2025, tror vi, stanger elektronikken i taket, da har den tatt ut sitt potensiale. Det blir ikke lenger mulig, rent materielt, å lage mindre komponenter, sier Svensson.

– Helt konkret, hvordan går dere fram for å forske på dette?

– Vi kjøper inn silisiumkarbid av den beste kvaliteten som kan oppdrives, forteller Svensson.

– Så plasserer vi silisiumkarbid i en akselerator i renrommet på MiNaLab. Der skyter vi protoner på materialet for å skape de defektene vi er ute etter. I akseleratoren har vi mulighet for å regulere temperaturen på prøven over et stort spenn.

– I tillegg kan vi - og det er nokså unikt for vår lab - karakterisere, altså undersøke, prøven mens den sitter i maskinen.

Bedre enn Nobelfysikk

Fundament-prosjektet skal også se på andre andre anvendelser av defekter.

Nobelprisen i fysikk 2014 gikk til forskere som hadde fått fram blå LED (lysdiode), og dermed muliggjort energibesparende belysning.

Les Svenssons gratulasjon til sine forskerkolleger i 2014

– Vi skal forske oss fram til mer effektive, mer miljøvennlige og billigere halvledermaterialer til bruk i lysdioder, LEDs, sier Svensson.

I dagens LED-materialer brukes noen sjeldne metaller, som også kan være giftige - som for eksempel indium.

Det finnes lovende alternativer, som sinkoksid, men foreløpig har ingen klart å lage p-type-halvleder. Som kjent trengs både p-type og n-type halvledermateriale for å lage komponenter som lysdioder og transistorer.

Elektriske nanokrystaller

I tillegg skal Fundament-prosjektet studere nanokrystaller, spesielt de elektriske egenskapene i krystallene. På dette området finnes det lite kunnskap.

– Men vi har et nytt instrument som vi har stor tro på, sier Svensson.

Å ha det rette utstyret er viktig. Svensson berømmer de siste årenes investeringer i infrastruktur ved MiNaLab.

– Men skal vi hevde oss internasjonalt må vi presentere hver dag. Sånn sett likner toppforskning på eliteidrett.

Svensson legger også vekt på det gode samarbeidet forskningsgruppa hans har med andre grupper, og mellom eksperiment og teori.

– Det må du passe på å skrive - samarbeid er utrolig viktig for å lykkes i forskning! avslutter han.

Les mer:

Syv fikk Toppforsk-midler

Powerbase: Et gigantisk EU-prosjekt som UiO og Bengt Svensson deltar i

Kontakt:

Professor Bengt Svensson ved Fysisk institutt

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Gard Thomassen

Forskningsdataenes sikre hule

IT-revolusjonen har gitt forskerne nye, slagkraftige verktøy og har ført til store gjennombrudd. Manglende tilgang på sikre datasystemer har imidlertid vært en bremsekloss.
Hunnene av den sørlige vågehvalen kan veie opptil 14 tonn, men nå er de blitt magrere.

Endelig enighet om at den sørlige vågehvalen er blitt avmagret

De sørlige vågehvalene, som lever i havområdene rundt Antarktis, har vært gjennom en kraftig avmagring etter 1988. Men det skulle ta 11 år med diskusjoner, og til sist en heftig innsats fra norske statistikere, før Den internasjonale hvalfangstkommisjonen kom fram til den konklusjonen.

Brecht Verstraete og Hugo de Boer

Identifiserer planterester ved hjelp av "strekkoder" i DNA

Hugo de Boer og Brecht Verstraete ved Naturhistorisk museum skal bruke DNA-teknologi og molekylære metoder til å utvikle nye, raskere og enklere metoder for sikker identifisering av planter og planterester. Både tollvesenet og tilsynsmyndigheter i mange land er interessert i denne forskningen, som kan brukes til å avsløre svindel.

Andreas Carlson med de magiske dråpene som gjør at overflater kan endre egenskaper

Ny type materialer har overflate med justerbare egenskaper

Nå kommer en ny type materialer hvor overflatens egenskaper kan varieres ved å justere et magnetfelt. Da kan materialet gjøre så forskjellige ting som å fjerne biofilmer, pumpe små væskestrømmer, flytte små partikler – eller fungere som et lim som slås av og på.