Energy Harvesting für Datenverarbeitung

Aus Abwärme Spin-Ströme für Elektronikbauteile erzeugen

21. November 2017, 14:42 Uhr   |  Hagen Lang

Aus Abwärme Spin-Ströme für Elektronikbauteile erzeugen
© Universität Greifswald

In Experimenten - unter anderem an der Universität Greifswald – testen die Forschenden, welches Material den Spin-Strom am effektivsten erzeugen kann.

In Computern erzeugte Wärme kann benutzt werden, um magnetische Signale, sogenannte »Spin-Ströme« zu erzeugen, die in Elektronikbauteilen genutzt werden könnten. Wissenschaftler aus Bochum, Greifswald und Dresden haben hier mit Nano-Materialien Fortschritte erzielt.

Grundlage einer energiesparenden Datenverarbeitung könnte das neue Fachgebiet »Spin-Kaloritronik« werden, das in der Bochumer Arbeitsgruppe »Dünne Schichten und Physik der Nanostrukturen« erforscht wird. UnterSpin wird die Drehung von Elektronen um ihre Achse links- oder rechtsherum verstanden.

Spin-Strom entsteht durch Temperaturunterschiede zwischen Enden elektronischer Bauteile, die nur einen Millionstel-Millimeter dünn sind (sog. Nanostrukturen) und aus magnetischen Materialien wie Eisen, Cobalt oder Nickel bestehen. Zwischen zwei solcher Nano-Schichten platzieren die Forscher eine wenige Atome dünne Lage aus Metalloxid und erwärmen die Außenschichten per Draht oder Laser. Spin-Strom entsteht, indem Elektronen mit einer bestimmten Spinausrichtung bei der Erwärmung das Metalloxid durchdringen.

Die Forscher Dr. Alexander Böhnke und Dr. Torsten Hübner testeten gemeinsam mit ihren Kollegen Dr. Timo Kuschel und Privatdozent Dr. Andy Thomas verschieden Kombinationen der ultradünnen Schichten, die jeweils auf gleiche Weise erwärmt wurden. »Abhängig vom verwendeten Material hat sich die Ausbeute des Spin-Stroms aber deutlich unterschieden«, sagt Böhnke. »Das liegt an der elektronischen Struktur der verwendeten Materialien.«

Als besonders ergiebig erwiesen sich magnetische Nanostrukturen aus speziellen Cobalt-, Eisen-, Silizium- und Aluminium-Strukturen. Hier wurden bis zu zehnfach höhere Spin-Ströme gemessen als bei bisher verwendeten Materialien.

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