De huidige, op energie beluste, mondiale samenleving worstelt met het verzachten van de effecten van door de mens veroorzaakte klimaatverandering, en onder welke voorwaarden van vrijwillige/dwingende aanpassing. De huidige technologieën zonder fossiele brandstoffen lijken ontoereikend/onvoldoende om deze enorme uitdaging aan te gaan. Om deze uitdaging vanuit technologisch oogpunt aan te pakken, is daarom waarschijnlijk de rijping vereist van gedurfde nieuwe fysieke concepten die technologisch versneld kunnen worden.

Een internationaal wetenschappelijk team van het CNRS, de Universiteit van Straatsburg en de Universiteit van Lotharingen in Frankrijk, samen met de Universiteit van Uppsala in Zweden, heeft toevallig een dergelijk concept ontdekt op het slecht begrepen/gedocumenteerde kruispunt tussen twee anders onsamenhangende onderzoeksgebieden. Spintronics omvat de volgende generatie, elektronica met laag vermogen die gebruikmaakt van de kwantumspin-eigenschap van het elektron. Het houdt zich dus vooral bezig met informatieopslag/communicatietechnologieën. Kwantumfysica/thermodynamica heeft tot doel de regels van de thermodynamica opnieuw te onderzoeken wanneer materie op nanoschaal is opgesloten om kwantumeigenschappen te vertonen, en zo te begrijpen hoe kwantummotoren werken.

De experimenten en analyses van het team tonen aan dat het mogelijk is om een ​​elektrische generator te assembleren die de elektronenspin gebruikt om thermische fluctuaties bij kamertemperatuur op te vangen. Verwijzend naar het schema van de motor, het oogsten van de omgevingstemperatuur vindt plaats boven paramagnetische (PM) centra - magneten op atoomniveau waarvan de oriëntatie fluctueert als gevolg van warmte. De elektroden van de motor, zogenaamde spintronische selectors, laat elektronen van slechts één spin toe (↑ in rood, of ↓ in blauw) uit te voeren. Omdat warmte de elektronspin op het PM-centrum (midden) vermengt met energetisch gescheiden spin-energieniveaus, transport (gele lijnen) tussen het PM-centrum en de elektroden vindt plaats op verschillende energieniveaus voor elke elektrode. Dit veroorzaakt een spontane voorspanning V tussen de elektroden, en dus een spontane stroom die gaat vloeien zodra het elektrische circuit is gesloten.

Het team gebruikte analytische en ab-initio-theorieën om een ​​verband te leggen tussen dit spin-engine-concept en experimenten bij kamertemperatuur op een solid-state spintronisch apparaat dat een magnetische tunnelovergang (MTJ) wordt genoemd. Hier, het grensvlak tussen het ferromagnetische metaal Co en koolstofatomen werd gebruikt als een spintronische selector, en koolstofatomen die zuurstofatomen in de MgO-tunnelbarrière vervangen als PM-centra.

Volgens de experimenten, als dergelijke apparaten massaal zouden kunnen worden geproduceerd met hoge succesopbrengsten, dan de huidige dichtheden van MgO MTJ's binnen de volgende generatie herinneringen, dit concept zou chips kunnen opleveren die continu elektrische stroom produceren met een oppervlaktevermogensdichtheid die 3x groter is dan de ruwe zonnestraling op aarde. De uitdaging is nu om bepaalde fundamentele aspecten van de werking van deze motor te bevestigen, om apparaatreproduceerbaarheid te bereiken door op atomair niveau de positie en eigenschappen van de PM-centra in een geschikt halfgeleiderapparaat te controleren, om CMOS-back-end-integratie te implementeren (bijvoorbeeld dankzij bestaande vooruitgang met MgO MTJ-technologieën), om technische problemen zoals warmtestroom en interconnectieverliezen te beheren, en om de oppervlaktekosten van de resulterende chip drastisch te verlagen.

Om een ​​klimaatcatastrofe af te wenden binnen het door de GIEC bepaalde tijdsbestek van 11 jaar met behulp van een technologische oplossing zoals deze, zal een enorme, gerichte onderneming vergelijkbaar met die in het Manhattan-project, het combineren van wetenschappers, beleidsmakers en industriële partners die al werken aan op MTJ gebaseerde spintronic-technologieën. De website in aanbouw zal helpen om hierover te communiceren. Als een maatstaf voor hoop, slechts zeven tot negen jaar verstreken tussen de ontdekking van spintronica in 1986-1988 en de eerste resulterende commerciële producten. Als de oplossing voor de klimaatcrisis erin bestaat nieuwe technologie te betrekken, radicaal nieuwe fysieke concepten die technologisch versneld kunnen worden, moeten, vanaf nu, worden overwogen met de urgentie en prioriteit die de inzet van een klimaatcatastrofe voorspelt.