University Lecture prof. dr. Albert Fert (Nobelprijs natuurkunde 2007): Van fundamenteel onderzoek naar innovatie, enkele voorbeelden uit de spintronica en ICT

Fundamenteel onderzoek vergroot niet alleen onze kennis, het is ook essentieel voor de ontwikkeling van praktische toepassingen. Niemand kijkt er raar van op dat we gigabytes aan informatie in korte tijd naar onze harde schijf kunnen schrijven. Maar dat is mede te danken aan een fundamentele ontdekking die de Franse natuurkundige Albert Fert deed in 1988, tegelijk met zijn Duitse collega Peter Grünberg. Het tweetal kreeg hiervoor in 2007 de Nobelprijs voor natuurkunde. Op uitnodiging van het College van Bestuur en het Zernike Institute for Advanced Materials verzorgt Fert op woensdag 1 mei een publiekslezing aan de RUG.

In 1988 toonde Fert aan dat in afwisselende laagjes ferromagnetisch en niet-magnetisch materiaal de weerstand sterk afneemt onder invloed van een magnetisch veld. Dit heet het giant magnetoresistance (GMR) effect. Het GMR effect is een gevolg van fundamentele eigenschappen van elektronen in materialen. Elektronen hebben een spin (simpel gezegd een draairichting, net als een tol) die twee richtingen kan hebben: op of neer. Een elektron gaat gemakkelijk door een materiaal dat dezelfde spinrichting heeft, maar ondervindt sterke weerstand in materiaal met een tegengestelde spin.

Het GMR effect kent al een toepassing in de lees- en schrijfkoppen van harde schijven. Naast het GMR effect is de spin van elektronen ook van belang voor de ‘spintronica’, een nieuw vakgebied dat gebruik maakt van de spin van elektronen om zo nog kleinere en zuinigere elektronische schakelingen te maken.

In zijn lezing gaat Fert in op fundamentele ontdekkingen die tot technologische innovaties kunnen leiden. Een voorbeeld is het ‘spin-afhankelijke tunneleffect’, dat misschien goed bruikbaar is voor een nieuw type permanent computergeheugen dat het zelf-aanpassend gedrag van neuronale netwerken in de hersenen nabootst. Het tunneleffect is een ogenschijnlijk bizar kwantummechanisch effect waarbij een elektron toch door een isolerende laag heen kan gaan.

Daarnaast zal Fert ingaan op de mogelijkheid dat grafeen het materiaal kan blijken te zijn dat een superieur alternatief is voor de huidige op silicium gebaseerde halfgeleidertechnologie. Grafeen, dat bestaat uit één enkel laag koolstofatomen, lijkt een ideaal materiaal om nieuwe logische schakelingen mee te maken die veel sneller werken en veel minder energie gebruiken.

Albert Fert is, samen met RUG-hoogleraar Technische Natuurkunde Bart van Wees, betrokken bij een project over spintronica binnen een groot nieuw onderzoeksprogramma van de Europese Unie naar de eigenschappen en mogelijkheden van grafeen. Hiervoor is de komende tien jaar maar liefst een miljard euro gereserveerd. Naast meer fundamentele kennis moet dit programma nieuwe toepassingen opleveren, zoals computerchips die zuiniger en sneller zijn. Dit soort technologie is van vitaal belang om steeds grotere datastromen te kunnen analyseren, bijvoorbeeld in geneesmiddelenonderzoek.

De lezing van Albert Fert vindt plaats op 1 mei 2013 om 19.30 uur in de Aula van het Academiegebouw (Broerstraat 5, Groningen).