Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hinweise auf Ursprung des Spin-Seebeck-Effekts entdeckt

07.09.2015

Thermisch angeregte magnetische Wellen in Isolatoren ermöglichen Stromerzeugung

Die Rückgewinnung von Abwärme in verschiedensten Prozessen stellt eine der Hauptherausforderungen unserer Zeit dar, um bestehende Prozesse energieeffizienter und somit umweltfreundlicher zu gestalten.

Der Spin-Seebeck-Effekt (SSE) ist ein neuartiger, bisher nur rudimentär verstandener Effekt, der es ermöglicht, sogar in elektrisch nichtleitenden Materialien einen Wärmefluss in elektrische Energie zu konvertieren.

Einem Team von Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), der Universität Konstanz, der TU Kaiserslautern und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA ist es nun gelungen, Hinweise auf den Ursprung des Spin-Seebeck-Effekts zu entdecken.

Durch die gezielte Untersuchung der Material- und Temperaturabhängigkeit des Effekts konnte gezeigt werden, dass dieser eine charakteristische Längenskala aufweist, die auf seinen magnetischen Ursprung zurückzuführen ist.

Diese Erkenntnis erlaubt nun die Weiterentwicklung des lange umstrittenen Effekts für erste Anwendungen. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Physical Review Letters mit einem Stipendiaten der Exzellenz-Graduiertenschule "Materials Science in Mainz" (MAINZ) als Erstautor publiziert.

Der Spin-Seebeck-Effekt stellt einen sogenannten Spin-thermoelektrischen Effekt dar, der es ermöglicht, thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Im Gegensatz zu konventionellen thermoelektrischen Effekten ermöglicht dieser sogar die Rückgewinnung von Wärmeenergie in magnetischen Isolatoren kombiniert mit einer dünnen Metallschicht.

Aufgrund dieser Tatsache wurde vermutet, dass thermisch angeregte magnetische Wellen der Ursprung des Effekts sind. Die aktuell genutzte indirekte Messmethode durch eine zweite metallische Schicht, die die magnetischen Wellen in eine elektrisch nachweisbare Spannung konvertiert, erlaubte bisher keine eindeutige Zuordnung der experimentell nachgewiesenen Signale.

Durch die Messung des Effekts für verschiedene Materialdicken über einen Bereich von wenigen Nanometern bis hin zu Mikrometern bei zusätzlich unterschiedlichen Temperaturen konnte ein charakteristisches Verhalten des Effekts gefunden werden. So nimmt die Signalstärke für dünne Schichten mit der Dicke des Materials zu, saturiert jedoch bei ausreichender Dicke.

In Kombination mit der nachgewiesenen Zunahme dieser kritischen Materialdicke für tiefere Temperaturen konnte eine Überstimmung mit dem theoretischen Modell der thermisch angeregten magnetischen Wellen aufgezeigt werden. Mit diesen Ergebnissen konnte somit erstmals ein direkter Zusammenhang zwischen den vermuteten thermisch angeregten magnetischen Wellen und dem Effekt nachgewiesen werden.

„Dieses Ergebnis enthüllt einen wichtigen Baustein im Puzzle um das Verständnis dieses neuen komplexen Effekts, was unumstößlich dessen Existenz belegt“, betont Andreas Kehlberger, Physik-Doktorand an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Erstautor der Veröffentlichung.

„Ich freue mich, dass dieses spannende Ergebnis in Zusammenarbeit zwischen einem Doktoranden der Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz in meiner Gruppe und Mitarbeitern aus Kaiserslautern sowie Kollegen aus Konstanz, mit denen wir im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 'Spin Caloric Transport' kollaborieren, entstanden ist“, so Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui, Direktor der Exzellenz-Graduiertenschule MAINZ. „Es zeigt, dass komplexe Forschung erst in Teams – bestenfalls gefördert wie in diesem Fall beispielsweise auch durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Mainz-MIT Seed Fund – möglich wird.“

Die Graduiertenschule MAINZ wurde in der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Jahr 2007 bewilligt und erhielt in der zweiten Runde 2012 eine Verlängerung für weitere fünf Jahre. Sie besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung. Einer der Forschungsschwerpunkte ist die Spintronik, wobei die Zusammenarbeit mit führenden internationalen Partnern eine wichtige Rolle spielt.

Veröffentlichung:
Kehlberger, A. et al.
Length Scale of the Spin Seebeck Effect
Physical Review Letters, 28. August 2015
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.096602
http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.115.096602

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui
Physik der Kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23633
E-Mail: klaeui@uni-mainz.de
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/
http://www.mainz.uni-mainz.de/ (Exzellenz-Graduiertenschule MAINZ)

Weitere Informationen:

http://www.uni-mainz.de/presse/72399.php - Pressemitteilung
http://www.iph.uni-mainz.de/ - Institut für Physik
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/index.php - Kläui Lab
http://www.mainz.uni-mainz.de/ - Graduiertenschule MAINZ

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie