Elektronen hebben hun eigen impulsmoment. Ze draaien om hun eigen as. in de natuurkunde, de technische term voor deze eigenschap is spin. Zo'n elektronenspin zorgt ervoor dat elektronen zich als magneten gedragen. Echter, wat bijzonder is, is dat zelfs wanneer ze hun positie behouden (d.w.z. niet bewegen), elektronen kunnen hun spin doorgeven aan naburige elektronen. Dit kettingreactie-achtige proces waarbij een spin magnetisch als informatie wordt doorgegeven, wordt de spinstroom genoemd. Het kan worden gegenereerd door temperatuurverschillen tussen twee uiteinden van een elektronische component. Het voordeel van spinstroom ten opzichte van de gebruikelijke elektriciteit is dat deze nauwelijks extra warmte genereert, waardoor er meer energie wordt bespaard.

De meeste warmte die wordt gegenereerd door elektronische machines zoals computers wordt niet gebruikt. Inderdaad, er is over het algemeen veel energie nodig om ze te koelen. Een onderzoeksgroep onder leiding van de Bielefeld-fysici Dr. Timo Kuschel en Professor Dr. Günter Reiss gebruikte het DFG-prioriteitsprogramma SpinCaT om te bestuderen hoe spinstromen kunnen worden gegenereerd, gemanipuleerd, en gedetecteerd. "Hierdoor kunnen we verspilde warmte gebruiken voor nieuwe soorten gegevensopslag, samen met andere computercomponenten op basis van spinstroom en zo helpen energie te besparen, ", legt Kuschel uit.

In samenwerking met nationale en internationale universiteiten, Dr. Timo Kuschel, Dr. Oliver Reimer, en de Ph.D. student Panagiota Bougiatioti bereikte onlangs drie doorbraken in fundamenteel onderzoek naar spin-caloritronica.

Bevestiging van spinstromen: Bevestigen dat een spinstroom wordt gegenereerd in een specifiek materiaal is geen triviale zorg, volgens Kuschel. "Bij sommige materialen het kan niet ondubbelzinnig worden aangetoond, omdat ook andere effecten zoals klassieke thermo-elektrische effecten automatisch worden gedetecteerd." Bielefeld-promovendus Panagiota Bougiatioti is er nu in geslaagd om voor dergelijke materialen een methode te ontwikkelen die parasitaire effecten uitfiltert en scheidt van het effect dat de spinstroom genereert. stelt wetenschappers in staat om ondubbelzinnig te bepalen of een spinstroom wordt gegenereerd in een bepaald materiaal.Het projectteam omvatte ook onderzoekers van de Universiteit van Osnabrück en de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble. Het heeft zijn bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Spinstroom in de ruimte: Een spinstroom beweegt langs een temperatuurverschil:een magnetisch signaal wordt overgedragen van, bijvoorbeeld, warm naar koud. Dr. Oliver Reimer, die zijn doctoraat behaalde aan de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Bielefeld, is erin geslaagd een nieuwe opstelling te bouwen die temperatuurverschillen kan genereren op kleine lengteschaal en in gespecificeerde ruimtelijke richtingen. Dit maakt het nu mogelijk om spinstromen te induceren die ruimtelijk variëren in een materiaal - voorheen, dit was mogelijk in slechts één enkele richting - en om nieuwe soorten effecten te bestuderen die afhankelijk zijn van de richting die een spinstroom neemt. Het projectteam van Bielefeld voerde dit onderzoek uit in samenwerking met de Universiteit van Regensburg. Reimer heeft zijn resultaten als eerste auteur gepresenteerd in het tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten .

Spinstroom in de tijd: In een volgend project, Dr. Timo Kuschel heeft samen met Dr. Johannes Kimling van de Universiteit van Illinois in de Verenigde Staten zeer korte tijdschalen gebruikt om te meten hoe lang het duurt voordat een spinstroom ontstaat. Met behulp van de modernste lasertechnologie, de wetenschappers herhaalden hun experiment voortdurend en varieerden de tijd tussen het genereren en het verschijnen van een spinstroom:hoe groot is de spinstroom na 1, 10, of 25 picoseconden? De paper van het internationale projectteam is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Dr. Timo Kuschel en professor D. Günter Reiss zijn geïnteresseerd in het voortzetten van hun onderzoek op het gebied van spin-caloritronica:"Dit veld heeft al een sterke invloed uitgeoefend op fundamenteel onderzoek, maar staat nog in de kinderschoenen als het om toepassingen gaat. Daarom, de volgende stap zal zijn om basiskennis in de natuurkunde over te dragen naar technische toepassingen."