Forskere udvikler magnetisk tynd film til spin-termoelektrisk energiomdannelse

Et team af forskere, tilknyttet UNIST har for nylig introduceret en ny klasse af magnetiske materialer til spin-kaloritronik. Udgivet i februar 2021 -udgaven af Naturkommunikation , de demonstrerede STE-anvendelser af en ny klasse af magneter vil bane vejen for alsidig genanvendelse af allestedsnærværende spildvarme. Dette gennembrud er blevet ledet af professor Jung-Woo Yoo og hans forskerhold i Institut for Materialevidenskab og Engineering på UNIST.

Spin thermoelectrics er en ny termoelektrisk teknologi, der tilbyder energiudvinding fra spildvarme. Dette har tiltrukket betydelig forskningsinteresse med de potentielle fordele ved skalerbarhed og energieffektivitet, takket være ortogonale stier for varme og ladestrøm. Imidlertid, magnetiske isolatorer, der tidligere blev brugt til spin-termoelektrisk elektricitet, udgør udfordringer for opskalering på grund af højtemperaturbehandling og vanskeligheder med aflejring af store områder, bemærkede forskergruppen.

I dette studie, forskerholdet introducerede en molekyle-baseret magnet, Cr-PBA, som en alternativ magnetisk isolator til den magnon-medierede termiske til elektriske energiomdannelse. Ifølge forskerholdet, den undersøgte molekylære magnetiske film har flere fordelagtige egenskaber i forhold til uorganiske magnetiske isolatorer med hensyn til spin TE (STE) anvendelser. Ja, det indebærer alsidige syntetiske ruter, der er egnede til afsætning af store områder ved stuetemperatur, ud over svag spin-gitter-interaktion og lav varmeledningsevne.

"Væksten af ​​Cr-PBA blev udført ved stuetemperatur ved at anvende den elektrokemiske aflejringsmetode (ECD), som kunne tilbyde skalerbar produktion af tynde film, " bemærkede forskerholdet. "Denne aflejringsteknik kan let tilpasses til det store areal og masseproduktion af tyndfilm, som kan prale af en vigtig fortjeneste ved STE, det er, skalerbarhed i store områder."

Ifølge forskerholdet, forskellige andre metoder, såsom maling og trykning, kan også bruges til fremkaldelse af PBA-filmen. De bemærkede også, at generering og overførsel af magnoner er væsentlige processer for STE-energihøst, samt magnon informationsteknologi. Eksperimentelle resultater viste også, at excitationer af lavenergimagnoner i denne magnetklasse var meget stærkere end dem i de typiske uorganiske magneter. Udover, de ferromagnetiske resonansundersøgelser udviste en ekstrem lav Gilbert-dæmpningskonstant, hvilket indikerer et lavt tab af varmegenererede magnoner. Desuden, den bestemte lave termiske ledningsevne i den undersøgte molekyle-baserede magnetiske film er en ekstra fordel for STE-energihøst, fordi det hjælper med at opretholde en højere temperaturgradient over filmen, bemærkede forskerholdet.

"Vores undersøgelse viser, at excitationer og overførsler af magnoner i denne hybridmagnet er meget effektive, foreslår molekylbaserede magneter, sammen med deres syntetiske alsidighed, kunne være fremragende alternativer til forskellige anvendelser af spin-caloritronics såvel som magnon-spintronics, " sagde forskerholdet.

Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i februar 2021-udgaven af Naturkommunikation . Denne undersøgelse er blevet udført i fællesskab af professor Joonki Suh (Institut for Materialevidenskab og Engineering, UNIST), Professor Byoung-Chul Min (Korea Institute of Science and Technology, KIST), og to kandidater fra UNISTs Institut for Materialevidenskab og Teknik - Dr. Jungmin Park (KBSI) og professor Mi-Jin Jin (Dankook University).