Eindhovense nanotechnologen maken plastic magneetsensoren

Reading time: 2 minutes

Author:

Geleidende plastics reageren verrassend sterk op magnetische velden, ontdekten Eindhovense onderzoekers. ’De weerstand kan wel tot wel tientallen procenten veranderen bij magneetvelden kleiner dan die van een koelkastmagneet. En dat ook nog eens gewoon bij kamertemperatuur. Van vrijwel alle materialen verandert de elektrische weerstand onder invloed van magneetvelden, maar dat is vaak pas bij heel sterke velden of extreem lage temperaturen‘, vertelt Wiebe Wagemans, die bij de groep van TUE-hoogleraar Bert Koopmans promoveert.

Het effect heeft de naam organic magnetoresistance (Omar) meegekregen, naar analogie van giant magnetoresistance (GMR), waarvoor de ontdekkers in 2007 de Nobelprijs kregen. Omar werkt heel anders dan zijn tegenhanger in metalen, zegt Wagemans. ’De elektronen zijn in plastics minder vrij. Ze hoppen echt van één plek naar de volgende, waarna ze weer een tijdje stilzitten. Ze gaan 101 stappen naar voren en honderd terug. Daarbij bewegen ze zich als het ware door een soort berglandschap, waar ze over bergpaadjes moeten wandelen. Hierdoor komen de elektronen elkaar ook regelmatig tegen. Stel nu dat er een elektron in een kuil is beland en een ander elektron erlangs wil, dan lukt dat alleen als de twee elektronen tegengestelde spin hebben.‘

Zolang de spins van twee elektronen in dezelfde richting staan, zitten ze vast. ’De spins gaan echter draaien als ze worden blootgesteld aan kleine lokale magneetvelden, opgewekt door naburige waterstofatomen. Dan is het een kwestie van wachten totdat de spins een verschillende richting krijgen en het vrije elektron kan doorstromen. En die wachttijd bepaalt de elektrische weerstand van het materiaal.‘

Omar is volgens Wagemans zeer bruikbaar als basis voor magneetsensoren. Hij onderzocht of hij met plastic de belangrijkste toepassing van GMR kon evenaren: leeskoppen van harddisks. Dat blijkt te kunnen; de werking is in één opzicht zelfs beter dan met koper, omdat de spin beter behouden blijft in organische materialen. De wisselwerking van de elektronenspins onderling blijft wel storen. Maar ook als de plastic leeskoppen geen concurrentie zijn voor bestaande GMR-systemen, is het een belangrijke stap vooruit als je sensoren en geheugenelementen van plastic kunt maken, aldus Wagemans.