Centrifugeringsstrøm fra varme - nyt materiale øger effektiviteten

Elektroniske enheder som computere genererer varme, der for det meste går til spilde. Fysikere ved Bielefeld Universitet har fundet en måde at bruge denne energi på:De anvender varmen til at generere magnetiske signaler kendt som 'spin -strømme. "I fremtiden vil disse signaler kan erstatte noget af den elektriske strøm i elektroniske komponenter. I en ny undersøgelse, fysikerne testede, hvilke materialer der mest effektivt kan generere denne spinstrøm fra varme. Undersøgelsen blev udført i samarbejde med kolleger fra University of Greifswald, Gießen Universitet, og Leibniz Institute for Solid State and Materials Research i Dresden. Deres resultater offentliggøres i dag (20.11.2017) i forskningstidsskriftet Naturkommunikation .

Bielefeld-fysikerne arbejder på de grundlæggende principper for at gøre databehandling mere effektiv og energieffektiv inden for det unge område "spin-caloritronics". De ledes af professor Dr. Günter Reiss. Deres nye undersøgelse bestemmer styrken af ​​spin -strømmen for forskellige kombinationer af tynde film.

En centrifugeringsstrøm produceres ved temperaturforskelle mellem to ender af en elektronisk komponent. Disse komponenter er ekstremt små og kun en milliontedel af en millimeter tyk. Fordi de er sammensat af magnetiske materialer som jern, kobolt, eller nikkel, de kaldes magnetiske nanostrukturer.

Fysikerne tager to sådanne nanofilmer og lægger et lag metaloxid imellem dem, der kun er få atomer tykke. De opvarmer en af ​​de eksterne film - f.eks. med en varm nanotråd eller en fokuseret laser. Elektroner med en specifik spin -orientering passerer derefter gennem metaloxidet. Dette producerer centrifugeringsstrømmen. Et spin kan opfattes som elektroner, der spinder på deres egne akser-enten med eller mod uret.

I deres nye undersøgelse, Dr. Alexander Böhnke og Dr. Torsten Hübner testede sammen med deres kolleger Dr. Timo Kuschel og Privatdozent Dr. Andy Thomas forskellige kombinationer af ultratynde film. Hver gang, de opvarmede en af ​​de eksterne film på samme måde. "Afhængigt af hvilket materiale vi brugte, centrifugeringsstrømens styrke varierede markant, "siger Böhnke." Det er på grund af den elektroniske struktur af de materialer, vi brugte. "Baseret på teoretiske antagelser, forskerne var i stand til at finde egnede materialer med den passende elektroniske struktur. Den målte styrke af centrifugeringsstrømmen var op til ti gange højere end den, der blev opnået med tidligere anvendte materialer. Ifølge forskerne, magnetiske nanostrukturer med særlige kombinationer bestående af kobolt, jern, silicium, og aluminium var særligt produktive.

Eksperimenterne udført af Bielefeld -fysikerne var resultatet af et tæt samarbejde med teamet ledet af professor Dr. Markus Münzenberg fra Ernst Moritz Arndt -universitetet i Greifswald og professor Dr. Christian Heiliger fra Justus Liebig University i Gießen. Dr. Andy Thomas startede sin forskning om dette emne på Bielefeld University og fortsætter det nu på Leibniz Institute for Solid State and Materials Research i Dresden.

Undersøgelsen er et af projekterne i "Spin Caloric Transport '(SpinCaT) Priority Program of the German Research Foundation (DFG). Forskningsgruppen" Thin Films &Physics of Nanostructures "deltog i fire af projekterne i programmet, der sluttede denne juni.