ºÚÁϸ£ÀûÍø

Het project, onder de naam uniCISS, richt zich op een hardnekkig raadsel dat bekendstaat als Chiral Induced Spin Selectivity (CISS). Dit effect, dat ruim twintig jaar geleden werd ontdekt, beschrijft het bijzondere vermogen van bepaalde materialen met een spiraalvormige of ‘chirale’ structuur om elektronen te filteren op basis van hun spin. Het begrijpen en beheersen van deze quantumeigenschap is heel waardevol, omdat het de basis kan vormen voor snellere en energiezuinigere computer- en communicatietechnologieën.

Bouwen aan nieuwe materialen

Hoewel het effect al meer dan twintig jaar geleden is ontdekt, heeft nog niemand helemaal kunnen verklaren waaróm dit precies gebeurt. Dat maakt het lastig om doelgericht materialen te ontwerpen die het effect optimaal benutten. Gedurende het vijfjarige project brengt het uniCISS-team expertise uit de natuurkunde, computationele chemie en AI samen om een voorspellende tool te ontwikkelen. Deze tool moet fungeren als leidraad bij het ontwerpen van nieuwe materialen met op maat gemaakte spintronische eigenschappen. Deze materialen kunnen vervolgens worden ingezet voor een nieuwe generatie computers en ultra-efficiënte communicatieapparatuur.

De subsidie maakt daarnaast het aantrekken van twee promovendi mogelijk. Bij het project zijn twee faculteiten betrokken: Shuxia Tao is verbonden aan de faculteit Applied Physics and Science Education en Björn Baumeier is werkzaam bij de faculteit Mathematics and Computer Science.

Met het nieuwe project komt voor Tao en Baumeier veel samen. Beiden hebben een achtergrond in quantummechanische modellering en chiraliteit, onderzoek waar ze eerder al prestigieuze VIDI- en ERC Consolidator-beurzen voor in de wacht sleepten. Voor dit onderzoek combineren ze hun expertise met een andere gedeelde fascinatie: AI gebruiken om de zoektocht naar baanbrekende quantummaterialen drastisch te verkorten.

Spintronica: de eigenschap achter het onderzoek

Waar traditionele elektronica uitsluitend werkt met de elektrische lading van elektronen om data te verplaatsen en te verwerken, maakt spintronica (kort voor spinelektronica) gebruik van een extra quantumeigenschap: de intrinsieke spin van het elektron. Dit is eigenlijk een minuscule, ingebouwde magnetische oriëntatie.

Door zowel lading als spin te manipuleren, kunnen spintronische apparaten informatie aanzienlijk sneller opslaan en overdragen, terwijl ze slechts een fractie van de energie nodig hebben van conventionele microchips. Het ontwikkelen van op maat gemaakte spintronische eigenschappen betekent dat de structuur van een materiaal zo wordt gemanipuleerd dat de elektronenspin op een specifieke, voorspelbare manier sturing en geleiding krijgt.

Wanneer dergelijk materiaal dankzij het CISS-effect een spiraalvormig ontwerp heeft, worden elektronen die erdoorheen reizen, gefilterd op hun quantumspin. In feite fungeert het materiaal dan als een aanpasbaar spinfilter op nanoschaal, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor spintronicacomponenten en toekomstige quantumtechnologieën.

Over NWO Open Competitie ENW

Het uniCISS-project is een van de 16 innovatieve onderzoeksprojecten die officieel zijn goedgekeurd door het NWO-domein Exacte en Natuurwetenschappen (ENW) in deze zeer competitieve Open Competitie-ronde. In totaal zijn 75 aanvragen beoordeeld. Deze subsidies voor fundamenteel onderzoek richten zich op een breed scala aan wetenschappelijke vraagstukken. Denk aan de bestudering van de vouwingspatronen in het menselijk brein, de detectie van neutrino’s en kosmische straling, en het ontrafelen van de manier waarop virussen in staat zijn om slapende bacteriën te doden. .