Wat is een magnetische halfgeleider?
Een magnetische halfgeleider is een soort substantie die zowel halfgeleidend als ferromagnetisch is. Magnetische halfgeleidende materialen produceren aantrekkingskrachten vergelijkbaar met die van een normale magneet. De meeste ferromagneten zoals ijzer zijn zeer elektrisch geleidend; een magnetische halfgeleider is echter niet volledig geleidend noch zuiver resistent. Deze unieke combinatie van geleidende en magnetische attributen maakt het materiaal bruikbaar in nieuwere typen computers.
De studie van magnetische halfgeleiders begon in de jaren zeventig en tachtig. Gedurende deze periode observeerden wetenschappers verschillende onbekende elektrische gedragingen in metaal en halfgeleiders. Observaties van het magnetische halfgeleiderfenomeen leidden tot de theorie van 'spintronica'. Dit opkomende gebied van informatica maakt het mogelijk om zowel de lading- als de spinrichting van een elektron te regelen. Terwijl een traditionele halfgeleider, zoals een transistor, alleen elektrische ladingen kan regelen, biedt een magnetische halfgeleider een preciezere manipulatie van de toestand van een elektron.
Computers gebruiken meestal halfgeleiders en elektromagneten voor afzonderlijke functies. Halfgeleidend materiaal zoals siliciumchips wordt gebruikt voor verwerking en berekeningen. Elektromagnetische materialen worden vaak gebruikt voor gegevensopslag, zoals op de schijven van een harde schijf. Het overbrengen van gegevens van de halfgeleiderprocessor naar de magnetische opslag is echter niet onmiddellijk. Deze tijdrovende gegevensoverdracht wordt vaak gezien wanneer een computer wordt "opgestart" en het besturingssysteem wordt geladen.
Met behulp van spintronica zou een magnetische halfgeleider deze buffer elimineren en de snelheid van computers drastisch verhogen. Dit type materiaal combineert de functies van magnetische opslag en semi-geleidende verwerking en maakt het mogelijk om informatie op dezelfde chip te manipuleren en op te slaan. Een magnetische halfgeleidercomputer kan direct worden opgestart, omdat het niet nodig is om gegevens van een afzonderlijk opslagapparaat te laden.
Temperatuur is een van de belangrijkste uitdagingen bij het bouwen van magnetische halfgeleiderapparaten. Materialen vertonen doorgaans zowel magnetisch als halfgeleidend gedrag bij zeer lage temperaturen; dit is een aanzienlijk probleem, omdat computers praktisch moeten kunnen werken bij kamertemperatuur. Veel wetenschappers experimenteren met de combinatie van verschillende stoffen, om een materiaal te maken dat ferromagnetisch en semi-geleidend is bij nominale temperaturen.
Deze materialen hebben naast computerapparaten nog andere mogelijke toepassingen. Magnetische halfgeleiders kunnen nuttig zijn bij het maken van zeer nauwkeurige sensoren. Nieuwe sensoren kunnen mogelijk belangrijke informatie op een enkele eenheid detecteren en opslaan. De ontwikkeling van deze technologie kan ook worden gebruikt voor krachtige en precieze lasers, die nuttig kunnen zijn op het gebied van geneeskunde.