Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Internationales Forscherteam deckt grundlegende Eigenschaften des Spin-Seebeck-Effekts auf

29.07.2016

Direkter Zusammenhang zwischen temperaturabhängiger Erzeugung von Spinströmen und atomarer Zusammensetzung von Grenzflächen entdeckt

Thermoelektrische Effekte sind ein wesentlicher Baustein für die Konzeption und Weiterentwicklung neuartiger Prozesse zur Informationsverarbeitung. Sie ermöglichen die Wiederaufbereitung der aus anderen Prozessen gewonnenen Abwärme zum Betrieb entsprechender Bauelemente und tragen daher dazu bei, sowohl energieeffizientere als auch umweltfreundlichere Prozesse zu etablieren.


Thermisch angeregte Spinwellen tragen einen Spinstrom aus dem Ferromagneten (hier YIG) in den Metallfilm. In Abhängigkeit von der Dicke des YIG-Films und der Beschaffenheit der Grenzfläche ändern sich Spinstrom-Amplitude und Transmissionseigenschaften.

Abb./©: Joel Cramer, JGU

Ein in den letzten Jahren prominent gewordener, vielversprechender Vertreter dieser Effektkategorie ist der sogenannte Spin-Seebeck-Effekt, der Abwärme in einen Spinstrom umwandelt und somit den Transport von Energie und Informationen in magnetischen, elektrisch isolierenden Materialien ermöglicht.

Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es nun gelungen, wesentliche Eigenschaften dieses bisher nicht vollständig verstandenen Effekts aufzudecken. Die gewonnenen Kenntnisse tragen dazu bei, die grundlegenden Prozesse dieses Effekts besser zu verstehen und unterstützen somit dessen Weiterentwicklung für erste Anwendungen. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Physical Review X publiziert.

Der Spin-Seebeck-Effekt fällt in die Kategorie der Spin-thermoelektrischen Effekte. Vorangegangene Arbeiten der Mainzer Physiker in Zusammenarbeit mit der Universität Konstanz und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben gezeigt, dass in magnetischen Materialien durch ein thermisches Ungleichgewicht magnetische Wellen (Magnonen) angeregt werden. Diese transportieren sowohl Energie als auch Drehmoment und können in einem angrenzenden, dünnen Metallfilm ein Spannungssignal erzeugen.

Mithilfe von materialabhängigen Messungen über einen weiten Temperaturbereich, bei denen die Dicke des verwendeten magnetischen Materials variiert wurde, konnte nun ein direkter Zusammenhang zwischen der Ausprägung dieses Spannungssignals und den intrinsischen Eigenschaften von Magnonen identifiziert werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Temperaturabhängigkeit der Effizienz der Spannungserzeugung zusätzlich von der atomaren Struktur der Grenzfläche zwischen magnetischem Material und Metallfilm wesentlich beeinflusst wird.

"Nach und nach werden die Fragen über die fundamentalen Prozesse, die dem Spin-Seebeck-Effekt zugrunde liegen, beantwortet. Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag für die Fortentwicklung des aufstrebenden Felds der Magnon-Spintronics", so Joel Cramer, Koautor der Veröffentlichung und Stipendiat der Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ).

"Ich freue mich, dass wir in einer intensiven Zusammenarbeit mit Kollegen den Spintransport mit der mikroskopischen atomistischen Struktur korrelieren konnten. Die Zusammenarbeit mit den Kollegen in Glasgow hat schon zu mehreren gemeinsamen Publikationen geführt und ein reger Austausch mit führenden Gruppen aus dem Ausland ist eine der zentralen Maßnahmen in unserer Exzellenz-Graduiertenschule", betont Prof. Dr. Mathias Kläui, Direktor von MAINZ.

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. Sie besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz. Einer der Forschungsschwerpunkte ist die Spintronik, wobei die Zusammenarbeit mit führenden internationalen Partnern eine wichtige Rolle spielt.

Veröffentlichung:
Er-Jia Guo et al.
Influence of thickness and interface on the low-temperature enhancement of the spin Seebeck effect in YIG films
Physical Review X 6, 031012 (2016)
DOI: 10.1103/PhysRevX.6.031012


Weitere Informationen:
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/308.php

Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ)
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-26984
Fax +49 6131 39-26983
E-Mail: mainz@uni-mainz.de
http://www.mainz.uni-mainz.de/

Weitere Informationen:

http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.6.031012 - Veröffentlichung ;
https://www.uni-mainz.de/presse/74395.php – Pressemitteilung "Forscherteam legt neue Erkenntnisse über magnetische Spinwellen vor", 10. Februar 2016 ;
http://www.uni-mainz.de/presse/72399.php – Pressemitteilung "Hinweise auf Ursprung des Spin-Seebeck-Effekts entdeckt", 7. September 2015

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen