Iedereen kent het wel; het moment waarop je iets voor het eerst snapt of doorhebt. Zo'n moment waarop je spontaan opspringt uit je badkuip om vervolgens naakt door de straten van Syracuse (of Groningen) te rennen. Waarschijnlijk is dat voor velen ook dé reden om natuurkunde te gaan studeren. Zo ook voor mij. Bij het leren van scheikundige structuurformules heb je zoiets niet. Vandaar dat ik in mijn minor besloot om wat van de natuurkunde te proeven bij onze geliefde Frank van Steenwijk. Als huiswerk moest ik de verhouding tussen een E- en B-veld uitrekenen, waar tot mijn verrassing de lichtsnelheid uit kwam. Zulke eurekamomentjes heb je gewoon niet bij het studeren van chemische reacties. Nee. Natuurkunde was meer mijn ding.

Eenzelfde eurekamomentje had ik afgelopen week toen ik het systeem waar ik onderzoek naar deed, dacht te snappen. Zoals alle brave lezertjes van mijn blog hebben kunnen lezen, deed ik een boude uitspraak over mijn volgende metingen, en daarmee over mijn volgende blog (wat dus deze is).

Terwijl ik lekker op Malta zat te genieten van de tropische dertien graden Celcius, besloot mijn begeleidster om een ander plan te maken voor mijn volgende device. Eenmaal teruggekomen restte mij niet veel meer dan het afmaken van dit device. Na het in onze meetopstelling geladen te hebben, bleek inderdaad dat ons device deed wat we een half jaar geleden al voorspelden.

Voordat ik vertel wat we precies gemeten hebben, is het misschien een goed idee om wat te vertellen over de achterliggende theorie, aangezien die sinds mijn tweede blog vast al wat weggezakt is. Ik probeer spin pumping in grafeen vanuit een ferromagnetische (koelkastmagnetische) isolator te meten. Spin pumping is het 'pompen' van een pure spinstroom, zonder dat er lading aan te pas komt. Dit is makkelijker gezegd dan gedaan, aangezien aan een spin (in de vorm van een elektron) altijd de elektronlading gekoppeld zit. Een pure spinstroom kan je maken door een spin-up uit je materiaal te halen, en er een spin-down in te stoppen. Netto vloeit er dan geen lading, maar wel spin. Mijn systeem is dan bijzonder omdat in mijn ferromagneet geen elektronen kunnen stromen, aangezien het een isolator is.

De pure spinstroom komt tot stand als extra relaxatieproces tijdens ferromagnetische resonantie. Hierbij laat ik de magnetisatie van een ferromagneet precederen door een radiofrequent B-veld haaks op de magnetisatierichting te zetten. Een ferromagneet is bijzonder omdat de meeste spins een favoriete richting hebben, namelijk met de magnetisatierichting mee. Als ik die magnetisatierichting verander, willen de spins graag meeveranderen, maar dit kan alleen door te relaxeren. De snelste manier is om een nabijgelegen geleider te vinden, en hier een beetje rond te hangen. Hierbij is de selectie dus op spin, en niet op lading. Vandaar dat er alleen spin stroomt, en geen lading. Hierdoor komt er in mijn grafeen een overschot aan spins in een bepaalde richting. Aangezien hier energie voor nodig is, resulteert dit in een potentiaal in mijn grafeen, die ik dan weer met een andere ferromagneet kan meten.

Dit voltage heb ik nu dan eindelijk gemeten. Sterker nog, het is veel hoger dan eerder gemeten in soortgelijke systemen zonder grafeen. Waarom dit precies is, heb ik me de afgelopen twee weken afgevraagd. Na een goede nacht slapen werd ik op zondagochtend wakker met het antwoord in mijn hoofd, waarna ik gelijk mijn begeleidster een berichtje stuurde. Echter heb ik nog niet echt zin gehad om naakt de stad door te rennen. Wellicht dat ik dat maandagochtend bij Francken kom doen.