Termiske spinstrømme bekræftet i både rum og tid

Elektroner har deres eget vinkelmomentum. De drejer om deres egen akse. I fysik, den tekniske betegnelse for denne ejendom er spin. Sådan et elektronspin er det, der får elektroner til at opføre sig som magneter. Imidlertid, det specielle er, at selv når de fastholder deres position (dvs. ikke bevæger sig), elektroner kan videregive deres spin til naboelektroner. Denne kædereaktionslignende proces, hvor et spin videregives magnetisk som information, kaldes spinstrømmen. Det kan genereres gennem temperaturforskelle mellem to ender af en elektronisk komponent. Fordelen ved spinstrøm i forhold til den sædvanlige elektricitet er, at den næsten ikke genererer yderligere varme, og dermed spare mere energi.

Det meste af den varme, der genereres af elektroniske maskiner såsom computere, bruges ikke. Ja, der skal generelt meget energi til at køle dem. En forskergruppe ledet af Bielefeld-fysikerne Dr. Timo Kuschel og professor Dr. Günter Reiss brugte DFG-prioritetsprogrammet SpinCaT til at studere, hvordan spinstrømme kan genereres, manipuleret, og opdaget. "Dette vil gøre os i stand til at bruge spildvarme til nye typer datalagring sammen med andre computerkomponenter baseret på spinstrøm og derved være med til at spare energi, " forklarer Kuschel.

I samarbejde med nationale og internationale universiteter, Dr. Timo Kuschel, Dr. Oliver Reimer, og ph.d. studerende Panagiota Bougiatioti opnåede for nylig tre gennembrud inden for grundforskning om spin-kaloritronik.

Bekræftelse af spinstrømme: At bekræfte, at en spinstrøm genereres i et specifikt materiale, er ikke en triviel bekymring, ifølge Kuschel. "I nogle materialer, det kan ikke påvises entydigt, fordi andre effekter såsom klassiske termoelektriske effekter også detekteres automatisk." Bielefeld Ph.D.-studerende Panagiota Bougiatioti er nu lykkedes med at udvikle en metode til sådanne materialer, der frafiltrerer og adskiller parasitiske effekter fra effekten, der genererer spinstrømmen. sætter forskere i stand til entydigt at bestemme, om en spinstrøm genereres i et specifikt materiale. Projektgruppen omfattede også forskere fra Osnabrück Universitet og European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble. Det har offentliggjort sine resultater i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Spin strøm i rummet: En spinstrøm bevæger sig langs en temperaturforskel:et magnetisk signal overføres fra, for eksempel, varmt til koldt. Dr. Oliver Reimer, som modtog sin doktorgrad fra Bielefeld University's Fakultet for Fysik, lykkedes med at bygge et nyt setup, der kan generere temperaturforskelle på en lille længdeskala og i specificerede rumlige retninger. Dette gør det nu muligt at inducere spinstrømme, der varierer rumligt i et materiale – tidligere, dette var kun muligt i én enkelt retning – og at studere nye former for effekter, der afhænger af, hvilken retning en spinstrøm tager. Bielefeld-projektgruppen udførte denne forskning i samarbejde med Universitetet i Regensburg. Reimer har præsenteret sine resultater som førsteforfatter i tidsskriftet Nature Videnskabelige rapporter .

Spinstrøm i tid: I et yderligere projekt, Dr. Timo Kuschel har sammen med Dr. Johannes Kimling fra University of Illinois i USA brugt meget korte tidsskalaer til at måle, hvor lang tid det tager for en spinstrøm at komme frem. Ved hjælp af state-of-the-art laserteknologi, videnskabsmændene gentog løbende deres eksperiment, mens de varierede tiden mellem genereringen og fremkomsten af ​​en spinstrøm:hvor stor er spinstrømmen efter 1, 10, eller 25 picosekunder? Papiret fra det internationale projekthold er blevet offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Dr. Timo Kuschel og professor D. Günter Reiss er interesserede i at fortsætte deres forskning inden for spin-kaloritronik:"Dette felt har allerede haft en stærk indflydelse på grundforskning, men er stadig i sin vorden, når det kommer til applikationer. Derfor, Det næste skridt vil være at overføre grundlæggende viden i fysik til tekniske applikationer."