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 Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Wie wirksam sind Haftvermittler? Fraunhofer nutzt Flüssigkeitschromatographie zur Charakterisierung
17.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ASEAN Member States discuss the future role of renewable energy

17.10.2017 | Event News

World Health Summit 2017: International experts set the course for the future of Global Health

10.10.2017 | Event News

Climate Engineering Conference 2017 Opens in Berlin

10.10.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher

19.10.2017 | Physik Astronomie

Materie-Rätsel bleibt weiter spannend: Fundamentale Eigenschaft von Proton und Antiproton identisch

19.10.2017 | Physik Astronomie