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 Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie