Elektronische apparaten zoals computers genereren warmte die meestal verloren gaat. Natuurkundigen van de Universiteit van Bielefeld hebben een manier gevonden om deze energie te gebruiken:ze passen de warmte toe om magnetische signalen te genereren die bekend staan ​​als 'spinstromen'. deze signalen kunnen een deel van de elektrische stroom in elektronische componenten vervangen. In een nieuwe studie, de fysici hebben getest welke materialen deze spinstroom het meest effectief kunnen opwekken uit warmte. Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met collega's van de Universiteit van Greifswald, Universiteit van Gießen, en het Leibniz Instituut voor Solid State and Materials Research in Dresden. Hun bevindingen worden vandaag (20.11.2017) gepubliceerd in het onderzoekstijdschrift Natuurcommunicatie .

De natuurkundigen van Bielefeld werken aan de basisprincipes om dataverwerking effectiever en energiezuiniger te maken in het jonge veld van 'spin caloritronics'. Ze worden geleid door professor Dr. Günter Reiss. Hun nieuwe studie bepaalt de sterkte van de spinstroom voor verschillende combinaties van dunne films.

Een spinstroom wordt geproduceerd door temperatuurverschillen tussen twee uiteinden van een elektronische component. Deze componenten zijn extreem klein en slechts een miljoenste millimeter dik. Omdat ze zijn samengesteld uit magnetische materialen zoals ijzer, kobalt, of nikkel, ze worden magnetische nanostructuren genoemd.

De natuurkundigen nemen twee van dergelijke nanofilms en plaatsen daartussen een laag metaaloxide van slechts enkele atomen dik. Ze verwarmen een van de externe folies – bijv. met een hete nanodraad of een gerichte laser. Elektronen met een specifieke spinoriëntatie gaan dan door het metaaloxide. Dit levert de spinstroom op. Een spin kan worden opgevat als elektronen die om hun eigen as draaien - met de klok mee of tegen de klok in.

In hun nieuwe studie Dr. Alexander Böhnke en Dr. Torsten Hübner testten samen met hun collega's Dr. Timo Kuschel en Privatdozent Dr. Andy Thomas verschillende combinaties van ultradunne films. Elke keer, ze verwarmden een van de externe films op dezelfde manier. "Afhankelijk van welk materiaal we gebruikten, de sterkte van de spinstroom varieerde aanzienlijk, ", zegt Böhnke. "Dat komt door de elektronische structuur van de materialen die we gebruikten." Op basis van theoretische aannames, de onderzoekers konden geschikte materialen vinden met de juiste elektronische structuur. De gemeten sterkte van de spinstroom was tot tien keer hoger dan die verkregen met eerder gebruikte materialen. Volgens de onderzoekers is magnetische nanostructuren met speciale combinaties van kobalt, ijzer, silicium, en aluminium waren bijzonder productief.

De experimenten van de natuurkundigen van Bielefeld waren het resultaat van een nauwe samenwerking met het team onder leiding van professor dr. Markus Münzenberg van de Ernst Moritz Arndt-universiteit in Greifswald en professor dr. Christian Heiliger van de Justus Liebig-universiteit in Gießen. Dr. Andy Thomas begon zijn onderzoek naar dit onderwerp aan de Universiteit van Bielefeld en zet het nu voort aan het Leibniz Institute for Solid State and Materials Research in Dresden.

De studie is een van de projecten in het "Spin Caloric Transport' (SpinCaT) Priority Program van de Duitse Onderzoeksstichting (DFG). De onderzoeksgroep "Thin Films &Physics of Nanostructures" nam deel aan vier van de projecten in het programma dat eindigde deze juni.