Optimerade multiavstämbara grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)

Syfte och mål
Målet med projektet var att utveckla en demonstrator där substratbiasering och komponentlayout ger både ny funktionalitet och bättre prestanda hos grafenbaserade mikrovågsgeneratorer.

Förväntade effekter och resultat
Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dem för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet.

Projektet var en fortsättning på det projektet Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer. Den grundläggande idén var densamma som i det pågående projektet och skulle möjliggöra fortsatt utveckling av mikrovågsgeneratorer baserade på de erhållna resultaten. Därutöver skulle projektet demonstrera två väsentliga vidareutvecklingar, som dels gäller optimering av komponentgeometrin för att maximera spinnströmmarna, dels gäller ett helt nytt sätt att avstämma frekvensen på mikrovågsgeneratorn. Precis som i det pågående projektet var dessa idéer helt nya och de ledande experterna inom projektet kände inte till någon liknande aktivitet eller ens diskussion någonstans i världen inom sina respektive områden.

Om projektmålen uppfylls har projektidén en oerhört stor potential att revolutionera hur bredbandiga (1-100 GHz) mikrovågssignaler kan genereras, moduleras och detekteras i framtida grafenbaserad mikrovågselektronik.

Upplägg och genomförande
Projektet har letts av Sveriges ledande mindre företag inom utveckling av spinntronikkomponenter och har fört samman Sveriges allra starkaste aktörer inom spinnströmmar i grafen (Chalmers) och spinntroniska nano-oscillatorer (Göteborgs Universitet). Projektet genomfördes som ett samarbete mellan de tre aktörerna, där samtliga bidragit med sin respektive kompetens inom material, materialkarakterisering, litografi, spinnvågsmätningar, samt mikrovågsmätningar.

Effekter och resultat
Projektets idé var att utnyttja grafens oöverträffade egenskaper vad gäller att leda rena spinnströmmar och använda dessa spinnströmmar för att driva spinntroniska nano-oscillatorer i mikrovågsområdet. Vi är mycket nöjda med resultaten. Både Co och NiFe har framgångsrikt växts och mönstrats på grafen och deras magnetodynamiska egenskaper har uppmätts med spinnvågsmikroskopet vid Göteborgs Universitet. Chalmersgruppen har också framgångsrikt kunnat visa på substratbiasering som metod för att påverka spinnströmmarna i grafen.

De uppsatta målen är till stor del uppfyllda. Projektet har demonstrerat att spinnvågors frekvens och linjebredd kan styras med hjälp av spinnströmmar i grafen samt att spinnströmmar i grafen kan styras genom substratbiasering. De viktigaste insikterna har varit dels att förstå hur våra magnetiska material bäst ska växas på grafen och dels att förstå substratbiaseringens inverkan.

Behovet av radiokomponenter inom mikrovågsområdet ökar för varje år, drivet av allt större informationsvolymer över mobilt bredband och trådlösa nätverk, men också av kraftigt växande radartillämpningar inom t ex fordonsindustrin och för militära ändamål. Med grafen har vi möjligheten att både öka uteffekten från mikrovågsgeneratorn samt minska dess strömförbrukning. Därmed ser vi goda möjligheter att lansera en grafenbaserad produkt inom tre till fem år.

NanOsc utvidgar sitt forsknings- och utvecklingssamarbete där vi ser behov och möjligheter, t.ex. inom EUs flaggskeppsprojekt för grafen och inom det europeiska spinntroniknätverket The SpinTronicFactory.

Abstract in english

Optimized multivariable graphene based microwave generators

The aim of the project was to develop a demonstrator where backgating and component layouts provide both new functionality and better performance of graphene based microwave generators.

Effects and results
The aim was to utilize the unprecedented properties of graphene in managing pure spin currents to drive spinntronic nano oscillators in the microwave area. We are very pleased with the results. Both Co and NiFe have been successfully planted and patterned on graphene and their magnetodynamic properties have been measured with a spin-wave microscope. The Chalmers group has successfully demonstrated backgating as a method of influencing spin currents in graphene.

The set goals were largely fulfilled. The project has demonstrated that the frequency and line width of the spin wave can be controlled by means of spin currents in graphene and that spin currents in graphene can be controlled by backgating. The main insights have been to understand how our magnetic materials will best grow on graphene and partly to understand the impact of backgating.

The need for radio components in the microwave area is increasing every year, driven by increasingly widespread information volumes across mobile broadband and wireless networks, but also by rapidly growing radar applications in the automotive industry and for military purposes. With graphene we have the ability to both increase the power output from the microwave generator and reduce its power consumption. Therefore, we see good opportunities to launch a graphene product within three to five years.

NanOsc extends its research and development cooperation where we see the needs and opportunities, such as within the Graphene Flagship project and within the European SpinnTronic Network The SpinTronicFactory.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015

Projektpartners: Nanosc AB, Chalmers och Göteborgs universitet

Projektledare: Fredrik Magnusson Nanosc AB

E-mail: fredrik.magnusson@nanosc.se

Bidrag: 1 536 700 kr

Projektets löptid: 2015 – 2016

Relaterade projekt:
Grafenbaserade mikrovågsgeneratorer (avslutat)

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: