Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Heiße Sache: Magnetische Domänenwände

09.10.2015

Erste Messung der thermoelektrischen Eigenschaften einer einzelnen magnetischen Domänenwand

Magnetische Nanostrukturen – genauer: das Wechselspiel zwischen Ladung, Spin und Stromfluss in Abhängigkeit eines Temperaturgradienten bei solchen Strukturen – sind das Thema eines schnell wachsenden Forschungsgebietes namens Spin-Kaloritronik, das bereits mit einer ganzen Reihe von neu entdeckten, interessanten Effekten und vielversprechenden Anwendungen aufwarten kann.


Der Heizdraht erzeugt einen Temperaturunterschied zwischen den elektrischen Kontakten dieses Nanodrahtes. Fängt man an der Einkerbung eine magnetische Domänenwand, ändert sich die Thermospannung.

(Abb.: PTB)

In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es jetzt zum ersten Mal gelungen, die thermoelektrischen Eigenschaften einer einzelnen magnetischen Domänenwand zu messen. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Physical Review B veröffentlicht und sogar als „Editors‘ Suggestion“ hervorgehoben.

Da magnetische Domänenwände in allen makroskopischen und nanoskaligen magnetischen Materialien und Bauteilen auftreten, ist die Tatsache, dass nun neben den magnetischen und elektrischen Eigenschaften auch erstmals die thermoelektrischen Eigenschaften dieser grundlegenden magnetischen Strukturen erfasst und beschrieben werden können, für eine ganze Reihe von Anwendungen von Bedeutung.

Bereits im Jahre 1821 entdeckte der Physiker Thomas Johann Seebeck, dass ein Temperaturunterschied zwischen den Enden eines metallischen Drahtes zu einer elektrischen Spannung zwischen der Drahtenden führt. Dieser sogenannte Seebeck-Effekt wird heute z. B. in Thermoelementen für die direkte Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie genutzt.

Die Größe der erzeugten elektrischen Spannung hängt dabei nicht nur von den elektrischen, sondern auch von den magnetischen Eigenschaften des Materials ab. So ändert sich in einem ferromagnetischen Metall (wie z. B. Eisen) der Seebeck-Koeffizient bei Drehung der Magnetisierung in einem externen Magnetfeld. Dieses Verhalten wird auch als Magneto-Seebeck-Effekt bezeichnet.

In der PTB wurden nun erstmals die thermoelektrischen Eigenschaften einzelner magnetischer Nanodrähte detailliert unter die Lupe genommen. Stoßen in einem magnetischen Nanodraht zwei Bereiche mit unterschiedlich ausgerichteter Magnetisierung aneinander, so entsteht im Grenzbereich eine magnetische Domänenwand. Die An- oder Abwesenheit der Domänenwand macht sich dabei durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Drahtes bemerkbar, der über elektrische Kontakte gemessen werden kann.

In den neuen Untersuchungen wurde nun erstmals gezeigt, dass die An- oder Abwesenheit der Domänenwand auch zu einer messbaren Änderung der von dem Draht erzeugten Thermospannung führt. Dafür wurde in den Experimenten die eine Seite des Drahtes mit einem elektrischen Heizer erwärmt und über zwei Kontakte die Seebeck-Spannung gemessen (siehe Abbildung).

Eine Einkerbung des Drahtes erlaubte es, zwischen den Kontakten genau eine einzelne magnetische Domänenwand einzufangen und den daraus resultierenden Unterschied der Seebeck-Spannung zu bestimmen. Dabei zeigte sich, dass der Domänenwand-Magneto-Seebeck-Effekt zu einer Erhöhung der insgesamt gemessenen Thermospannung des Nanodrahtes führte.

Magnetische Domänenwände treten in allen makroskopischen und nanoskaligen magnetischen Materialien und Bauteilen auf. Mit den nun publizierten Ergebnissen konnten neben den magnetischen und elektrischen Eigenschaften auch erstmals die thermoelektrischen Eigenschaften dieser grundlegenden magnetischen Strukturen erfasst und beschrieben werden.
(es/ptb)

Die wissenschaftliche Veröffentlichung:
Patryk Krzysteczko, Xiukun Hu, Niklas Liebing, Sibylle Sievers, Hans W. Schumacher: Domain wall magneto-Seebeck effect. Phys. Rev. B 92, 140405(R) (2015) http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.92.140405 (6. Oktober 2015), http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.140405

Ansprechpartner:
Dr. Patryk Krzysteczko, PTB-Arbeitsgruppe 2.52 Nanomagnetismus, Telefon: (0531) 592-2525, E-Mail: patryk.krzysteczko@ptb.de

Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/journalisten/presseinformationen/presseinf...

Erika Schow | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics