Een team van onderzoekers, aangesloten bij UNIST heeft onlangs een nieuwe klasse magnetische materialen voor spin-caloritronica geïntroduceerd. Gepubliceerd in de uitgave van februari 2021 van Natuurcommunicatie , de gedemonstreerde STE-toepassingen van een nieuwe klasse magneten zullen de weg vrijmaken voor veelzijdige recycling van alomtegenwoordige afvalwarmte. Deze doorbraak is geleid door professor Jung-Woo Yoo en zijn onderzoeksteam van de afdeling Materials Science and Engineering van UNIST.

Spin-thermo-elektriciteit is een opkomende thermo-elektrische technologie die energie uit afvalwarmte haalt. Dit heeft aanzienlijke onderzoeksinteresse gewekt met de potentiële voordelen van schaalbaarheid en energieconversie-efficiëntie, dankzij orthogonale paden voor warmte en ladingsstroom. Echter, magnetische isolatoren die eerder werden gebruikt voor spin-thermo-elektriciteit vormen een uitdaging voor opschaling vanwege verwerking bij hoge temperaturen en problemen bij depositie op grote oppervlakken, merkte het onderzoeksteam op.

In dit onderzoek, het onderzoeksteam introduceerde een op moleculen gebaseerde magneet, Cr-PBA, als een alternatieve magnetische isolator voor de magnon-gemedieerde omzetting van thermische naar elektrische energie. Volgens het onderzoeksteam de bestudeerde moleculaire magnetische film heeft verschillende gunstige eigenschappen ten opzichte van anorganische magnetische isolatoren in termen van spin TE (STE) toepassingen. Inderdaad, het omvat veelzijdige synthetische routes die geschikt zijn voor depositie op grote oppervlakken bij kamertemperatuur, naast zwakke spin-rooster interactie en lage thermische geleidbaarheid.

"De groei van Cr-PBA werd gedaan bij kamertemperatuur door gebruik te maken van de elektrochemische depositie (ECD) methode, die schaalbare productie van dunne films zou kunnen bieden, " merkte het onderzoeksteam op. "Deze afzettingstechniek kan gemakkelijk worden aangepast voor de grote oppervlakte en massaproductie van dunne film, die kan bogen op een belangrijke verdienste van STE, dat is, schaalbaarheid op grote schaal."

Volgens het onderzoeksteam verschillende andere methodieken, zoals schilderen en printen, kan ook worden gebruikt voor het ontwikkelen van de PBA-film. Ze merkten ook op dat de opwekking en overdracht van magnonen essentiële processen zijn voor het oogsten van STE-energie, evenals magnon informatietechnologie. Experimentele resultaten gaven ook aan dat de excitaties van magnonen met lage energie in deze klasse van magneten veel sterker waren dan die in de typische anorganische magneten. Daarnaast, de ferromagnetische resonantiestudies vertoonden een extreem lage Gilbert-dempingsconstante, wat wijst op een laag verlies van door warmte gegenereerde magnonen. Verder, de vastgestelde lage thermische geleidbaarheid in de bestudeerde op moleculen gebaseerde magnetische film is een bijkomend voordeel voor het oogsten van STE-energie omdat het helpt bij het handhaven van een hogere temperatuurgradiënt over de film, merkte het onderzoeksteam op.

"Onze studie toont aan dat excitaties en overdrachten van magnonen in deze hybride magneet zeer efficiënt zijn, suggereert op moleculen gebaseerde magneten, samen met hun synthetische veelzijdigheid, uitstekende alternatieven kunnen zijn voor verschillende toepassingen van spin-caloritronica en magnon-spintronica, ", aldus het onderzoeksteam.

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het nummer van februari 2021 van: Natuurcommunicatie . Dit onderzoek is gezamenlijk uitgevoerd door professor Joonki Suh (Departement Materials Science and Engineering, EENHEID), Professor Byoung-Chul Min (Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie, KIST), en twee afgestudeerden van UNIST's Department of Materials Science and Engineering-Dr. Jungmin Park (KBSI) en professor Mi-Jin Jin (Dankook University).