Når elektronerne står stille – SDU-forsker modtager millioner fra Novo Nordisk Fonden

Fysikeren Nicolas Ubrig fra Center of Excellence POLIMA ved Mads Clausen Instituttet har modtaget 18,8 millioner kroner fra Novo Nordisk Fonden.

Bevillingen betyder, at POLIMA kan finansiere ph.d.- og postdoc-stillinger samt avanceret udstyr. Med bevillingen får Nicolas Ubrig nu syv år til at gå på opdagelse i et nyt kvantekontinent, hvor de gamle regler for elektronik bliver skrevet om. Målet er at styre magnetismen i materialer, der kun er et par atomer tykke.

- Jeg er naturligvis stolt og lykkelig over den store bevilling, men selvom det er en personlig bevilling, ser jeg den som noget for hele POLIMA og instituttet. Forskning er en holdsport. Jeg er blot glad for at kunne bidrage til vores fælles forskningsmiljø, siger Nicolas Ubrig.

Arbejder med ultratynde krystaller

Ubrigs forskningsgruppe arbejder med 2D-materialer—ultratynde krystaller, som kun består af enkelte atomlag, hvor materialets opførsel kan formes af elektriske felter, lys og grænseflader mellem lag.

For at sætte det i perspektiv: Et menneskeligt hår er omkring 100.000 gange tykkere end de materialer, han arbejder med.
Målet er at kunne tænde, slukke og omforme magnetiske tilstande ved at dreje på en knap. Noget, der med den viden, vi har om materialer i dag, ikke er muligt.

Det åbner for såkaldte spintronics, hvor information kan flyttes uden elektriske strømme—og dermed med et markant lavere energi-aftryk.

Hvad er spintronics – helt enkelt?

Almindelig elektronik flytter information ved at skubbe elektroner rundt. Det giver modstand og varme. Spintronics bruger i stedet elektronernes spin – en lille magnetisk retning, der kan være “op” eller “ned”. Hvis du kan aflæse og skifte retningen uden at flytte selve elektronen, kan du lagre og behandle data med langt mindre energitab.

- Spintronics er som elektronik, men vi bruger elektronernes spin – i princippet uden at bruge strøm på at flytte ladninger, forklarer Ubrig.

Du kan sammenligne det med at sende beskeder ved at få folk til at nikke eller ryste på hovedet, i stedet for at sende bude løbende rundt i byen. Og når elektroner står stille, forbruger de ingen strøm, hvis dette kan realiseres ved brug af lys.

Fremtidens bæredygtige teknologi

I en tid, hvor teknologiens energiforbrug vokser eksplosivt, kan spintronics være en del af løsningen. Hvis vi kan bygge computere, der kører næsten uden strøm, kan vi få kraftigere teknologi uden at belaste planeten yderligere.

- På et tidspunkt kan man forestille sig, at vi bruger teknologien til beregning med meget, meget lave energiomkostninger, men måske er vi ikke engang i stand til at forestille os, hvilke typer enheder eller teknologier vi ville kunne skabe, siger Ubrig.

Der kommer imidlertid ikke en færdig dims ud i morgen, overmorgen eller om et år for den sags skyld - og det er meningen. 

Grundforskning som legeplads for udforskning

Der er nemlig tale om grundforskning i den reneste form - forskning hvor man ikke ved, hvad man finder.
- Vi er virkelig på det udforskende stadie. For 20 år siden troede fysikere ikke engang på, at de materialer, vi arbejder med i dag overhovedet kunne eksistere,  understreger Ubrig.

- Vi spørger: Er den fysiske effekt overhovedet der? Har vi lov til at tænke på enheden?

Han sammenligner sit arbejde med de store opdagelsesrejsende:

- Det er en forskers opgave at opdage nye spørgsmål at stille, siger han.

- Hvis vi har besvaret alle spørgsmålene, bliver det ret kedeligt, griner Ubrig.

Perspektivet: Grønnere regnekraft

Hvis fysikken spiller med, kan resultaterne blive fundamentet for energi-effektive beregninger - fra lagerenheder til særlige kvantesimulatorer, der kan løse problemer, som klassiske computere ikke kan håndtere: Der findes fysiske systemer, som er så komplekse, at selv de kraftigste computere ikke kan beregne, hvad der vil ske i dem.

- I stedet for at forsøge at løse ligninger, bygger man dem. Man kan bruge vores materialer til fysisk at simulere de systemer, man ikke kan beregne, og så måler man bare resultatet, forklarer Ubrig.