Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein neuer Weg, Wärmeausbreitung magnetisch zu steuern

22.04.2013
Wenn man Materie Energie zuführt, erhitzt sie sich und die lokale Temperatur steigt an. Normalerweise breitet sich Energie dann von diesem erhitzten Bereich aus weiter: Wärme strömt gleichmäßig vom wärmeren zum kälteren Bereich. Im Allgemeinen ist es nicht möglich die Richtung dieser Wärmeleitung zu ändern.
Deutsche und japanische Wissenschaftler der Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Burkard Hillebrands (TU Kaiserslautern), Prof. Dr. Sadamichi Maekawa, Direktor des Advanced Science Research Center der japanischen Agentur JAEA, und Prof. Dr. Eiji Saitoh von der Tohoku Universität, Sendai, Japan stellen einen neues Verfahren vor, um Wärmeausbreitung zu kontrollieren. Hierzu nutzen sie Spinwellen, die sich in einem magnetischen Material ausbreiten können, ähnlich wie Schallwellen in Luft. Die Spinwellen haben Reichweiten von bis zu einigen Millimetern und lassen sich durch ein angelegtes Magnetfeld kontrollieren.

Die Wissenschaftler nutzten ein spezielles magnetisches Material, Yttrium Eisen Granat (YIG). Sie fanden heraus, dass durch lokale Bestrahlung mit Mikrowellen ein Bereich, welcher sich außerhalb der Bestrahlungszone befindet, kontrolliert erhitzt werden kann. Je nach Richtung eines von außen angelegten Magnetfeldes lässt sich der Ort des erhitzten Bereiches einstellen. Die Temperaturverteilung wird dabei in den Experimenten mit einer Infrarotkamera gemessen, welche die Wärmestrahlung detektiert und sichtbar macht. (siehe Abbildung).


a) Skizze des experimentellen Aufbaus zur Beobachtung der Wärmeentwicklung durch Spinwellen in einer dünnen Schicht (Film) von Yttrium Eisen Granat (YIG). Mit einer Infrarot-Kamera, welche Hitzestrahlung detektiert, wird die Wärmeverteilung und damit der Wärmetransport durch Spinwellen gemessen.

b) Beobachteter Wärmetransport für Oberflächen-Spinwellen angeregt bei 7 GHz für entgegengesetzte Magnetfeld-Orientierungen. In der Mitte der Probe ist die Mikrowellenantenne zu erkennen. Die Richtung des angelegten Magnetfeldes ist durch einen roten Pfeil gekennzeichnet. Je nach Richtung des Magnetfeldes nach unten oder oben erfolgt der Wärmefluss nach rechts oder links, beobachtet als hellroter Fleck in den Bildern. Die Temperaturskala ist rechts angegeben. (Länge der Probe: 2,6 cm).

Der Grund für das ungewöhnliche physikalische Verhalten ist eine bestimmte Art von Spinwellen, die durch die Mikrowellen angeregt werden. Diese Spinwellen breiten sich nur in eine Richtung auf einer Oberfläche der magnetischen Probe aus. Da Spinwellen während ihrer Ausbreitung zerfallen, wird ihre Energie in Wärme umgewandelt. Der entsprechende Temperaturanstieg wird mittels der Infrarotkamera aufgezeichnet. Die Ausbreitungsrichtung der Spinwellen hängt von der Richtung des angelegten Magnetfeldes ab und kann daher durch dieses eingestellt werden.

Die Ergebnisse der Arbeit eröffnen die Möglichkeit Spinwellen-basierte Hitzekontrolle zu entwickeln, um sie in "grünen" Technologien anzuwenden. Eine direkte Anwendung ist beispielsweise die kontrollierte Leitung von Abwärme in elektronischen Geräten. Neben dem Potential zur Anwendung in magnetischen Bauteilen zur Manipulation der Wärmeausbreitung bieten die Ergebnisse wissenschaftlich hochinteressante Einblicke in die Wechselwirkung zwischen Spin und Wärme.

Die Forschungsarbeit wurde kürzlich in dem hochangesehenen Wissenschaftsjournal "Nature Materials" veröffentlicht: Unidirectional spin-wave heat conveyer by T. An, V. I. Vasyuchka, K. Uchida, A. V. Chumak, K. Yamaguchi, K. Harii, J. Ohe, M. B. Jungfleisch, Y. Kajiwara, H. Adachi, B. Hillebrands, S. Maekawa, and E. Saitoh (Nature Materials, 2013, Online Veröffentlichung: 21. April 2013, 10.1038/NMAT3628

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Prof. Dr. Burkard Hillebrands (Fachbereich Physik und Landesforschungszentrum OPTIMAS): hilleb@physik.uni-kl.de, Tel. +49 (0)631 205-4228 /-2202)

Thomas Jung | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-kl.de
http://optimas.uni-kl.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rasende Elektronen unter Kontrolle
16.11.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Kometen als Wasserträger für Exoplaneten
15.11.2018 | 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: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

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

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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