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 Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte