I dispositivi elettronici come i computer generano calore che per lo più va sprecato. I fisici dell'Università di Bielefeld hanno trovato un modo per utilizzare questa energia:applicano il calore per generare segnali magnetici noti come "correnti di spin". questi segnali potrebbero sostituire parte della corrente elettrica nei componenti elettronici. In un nuovo studio, i fisici hanno testato quali materiali possono generare questa corrente di spin in modo più efficace dal calore. La ricerca è stata condotta in collaborazione con i colleghi dell'Università di Greifswald, Università di Giessen, e l'Istituto Leibniz per la ricerca sullo stato solido e sui materiali di Dresda. I loro risultati sono stati pubblicati oggi (20.11.2017) nella rivista di ricerca Comunicazioni sulla natura .

I fisici di Bielefeld stanno lavorando sui principi di base per rendere l'elaborazione dei dati più efficace ed efficiente dal punto di vista energetico nel giovane campo della "spin caloritronica". Sono diretti dal professor Dr. Günter Reiss. Il loro nuovo studio determina la forza della corrente di spin per varie combinazioni di film sottili.

Una corrente di spin è prodotta dalle differenze di temperatura tra due estremità di un componente elettronico. Questi componenti sono estremamente piccoli e spessi solo un milionesimo di millimetro. Poiché sono composti da materiali magnetici come il ferro, cobalto, o nichel, sono chiamate nanostrutture magnetiche.

I fisici prendono due di questi nanofilm e mettono uno strato di ossido di metallo tra loro che è spesso solo pochi atomi. Riscaldano una delle pellicole esterne, ad esempio con un nanofilo caldo o un laser focalizzato. Gli elettroni con uno specifico orientamento di spin passano quindi attraverso l'ossido di metallo. Questo produce la corrente di spin. Uno spin può essere concepito come elettroni che ruotano sui propri assi, in senso orario o antiorario.

Nel loro nuovo studio, Il Dr. Alexander Böhnke e il Dr. Torsten Hübner insieme ai loro colleghi Dr. Timo Kuschel e Privatdozent Dr. Andy Thomas hanno testato diverse combinazioni di pellicole ultrasottili. Ogni volta, hanno riscaldato allo stesso modo una delle pellicole esterne. "A seconda del materiale che abbiamo usato, la forza della corrente di spin variava notevolmente, " dice Böhnke. "Questo è dovuto alla struttura elettronica dei materiali che abbiamo usato." Sulla base di ipotesi teoriche, i ricercatori sono stati in grado di trovare materiali adatti che possiedono la struttura elettronica appropriata. La forza misurata della corrente di spin era fino a dieci volte superiore a quella ottenuta con materiali usati in precedenza. Secondo i ricercatori, nanostrutture magnetiche con speciali combinazioni costituite da cobalto, ferro da stiro, silicio, e l'alluminio sono risultati particolarmente produttivi.

Gli esperimenti condotti dai fisici di Bielefeld sono stati il ​​prodotto di una stretta collaborazione con il team guidato dal professor Dr. Markus Münzenberg dell'Università Ernst Moritz Arndt di Greifswald e dal professor Dr. Christian Heiliger dell'Università Justus Liebig di Gießen. Il Dr. Andy Thomas ha iniziato la sua ricerca su questo argomento presso l'Università di Bielefeld e ora la sta continuando presso l'Istituto Leibniz per la ricerca sullo stato solido e sui materiali a Dresda.

Lo studio è uno dei progetti del programma prioritario "Spin Caloric Transport" (SpinCaT) della German Research Foundation (DFG). Il gruppo di ricerca "Thin Films &Physics of Nanostructures" ha partecipato a quattro dei progetti del programma che si è concluso questo giugno.