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 Spintronik: Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien magnetisch machen lassen
06.08.2020 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Erster radioastronomischer Nachweis eines extrasolaren Planetensystems um einen Hauptreihenstern
05.08.2020 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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