Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetischer Nanoschalter für Thermospannungen

24.10.2011
Ein neu entdeckter Effekt in magnetischen Tunnelstrukturen erlaubt die Kontrolle von Thermospannungen in nanoelektronischen Schaltungen

Die Wärme, die in winzigen Computerprozessoren entsteht, ist vielleicht bald nicht mehr nutzlos oder gar problematisch. Im Gegenteil, sie könnte dazu genutzt werden, um eben diese Prozessoren leichter zu schalten oder um Daten effizienter zu speichern.


Eine magnetische Tunnelstruktur besteht aus zwei magnetischen Schichten (rot, blau), die durch eine nur etwa einen Nanometer dünne Isolationsschicht (grau), die sogenannte Tunnelbarriere, getrennt sind. Erzeugt man eine Temperaturdifferenz T über die Barriere, so fällt zwischen der heißen (rot) und einer kalten (blau) Schicht eine Thermospannung VTh ab. Ändert man nun die magnetische Ausrichtung z.B. der heißen Schicht gegenüber der der kalten (Pfeile), führt das zu einer starken Änderung der gemessenen Thermospannung.
(Abb.: Schumacher/PTB)

Das sind zwei der möglichen Anwendungen einer Entdeckung aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Diese sogenannte Tunnel-Magneto-Thermospannung dürfte vor allem für den Einsatz von nanoelektronischen Schaltungen, also kleinen Bauteilen auf der Basis von magnetischen Tunnelstrukturen, sehr interessant sein. Die Ergebnisse der Forscher sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Magnetische Tunnelstrukturen kommen bereits heute in verschiedenen Bereichen der Informationstechnologie zur Anwendung. Zum Beispiel dienen sie als magnetische Speicherzellen in nichtflüchtigen magnetischen Speicherchips (sogenannten MRAMs, magnetic random access memories) oder als hochempfindliche magnetische Sensoren zum Auslesen der auf Festplatten gespeicherten Daten. Der in der PTB im Rahmen einer Forschungskollaboration mit der Uni Bielefeld und der Firma Singulus entdeckte neue Effekt könnte diesen bestehenden Anwendungen zukünftig eine weitere hinzufügen: die Kontrolle und Steuerung von thermischen Spannungen und Strömen in hochintegrierten elektronischen Schaltkreisen.

Magnetische Tunnelstrukturen bestehen aus zwei magnetischen Schichten, die durch eine nur etwa einen Nanometer dünne Isolationsschicht, die sogenannte Tunnelbarriere, voneinander getrennt sind. Die magnetische Orientierung der beiden Schichten in der Tunnelstruktur hat einen großen Einfluss auf ihre elektrischen Eigenschaften: Sind die magnetischen Momente der beiden Schichten parallel ausgerichtet, ist der Widerstand niedrig, sind sie entgegengesetzt, ist er hoch. Die Widerstandsänderung beim Umschalten der Magnetisierung kann dabei deutlich über 100 % betragen. So lässt sich über das Schalten der Magnetisierung der elektrische Stromfluss durch die magnetische Tunnelstruktur effizient kontrollieren.

Die Arbeiten der PTB-Forscher zeigen nun, dass neben dem elektrischen Strom auch der thermische Strom durch die Tunnelstruktur über das Schalten der Magnetisierung beeinflusst werden kann. In ihren Experimenten erzeugten die Wissenschaftler einen Temperaturunterschied zwischen den beiden magnetischen Schichten und untersuchten die dadurch entstehende elektrische Spannung, die sogenannte Thermospannung. Dabei zeigte sich, dass die Thermospannung fast genauso stark von der magnetischen Orientierung der beiden Schichten abhängt wie der elektrische Widerstand. Durch das Schalten der Magnetisierung können also die Thermospannung und letztendlich auch der thermische Strom durch die Probe kontrolliert werden.

Zukünftige Anwendungen dieses neuen Effekts ergeben sich z.B. in der Nutzung und gezielten Energieumwandlung von Abwärme in integrierten Schaltkreisen. Zudem ist die Entdeckung dieser sogenannten Tunnel-Magneto-Thermospannung ein Meilenstein im sich rapide entwickelnden Forschungsgebiet „Spinkalorik“, das aktuell auch von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in einem großangelegten Schwerpunktprogramm über sechs Jahre gefördert wird.

es/ptb

Ansprechpartner:
Dr. Hans Werner Schumacher, Fachbereich 2.5 Halbleiterphysik und Magnetismus,
Tel. (0531) 592-2500, E-Mail: hans.w.schumacher@ptb.de
Die wissenschaftliche Veröffentlichung:
Liebing, N.; Serrano-Guisan, S.; Rott, K.; Reiss, G.; Langer, J.; Ocker, B.; Schumacher, H.W.: Tunneling magneto power in magnetic tunnel junction nanopillars. Phys. Rev. Lett. 107, 177201 (2011)

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v107/i17/e177201

Erika Schow | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie
23.05.2018 | Universität Wien

nachricht Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien
23.05.2018 | Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam

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: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

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

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

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