Elektroniska enheter som datorer genererar värme som mest går förlorad. Fysiker vid Bielefeld University har hittat ett sätt att använda denna energi:De tillför värmen för att generera magnetiska signaler som kallas 'spinnströmmar. "I framtiden, dessa signaler kan ersätta en del av den elektriska strömmen i elektroniska komponenter. I en ny studie, fysikerna testade vilka material som kan generera denna spinnström mest effektivt från värme. Forskningen utfördes i samarbete med kollegor från universitetet i Greifswald, Gießen universitet, och Leibniz Institute for Solid State and Materials Research i Dresden. Deras resultat publiceras idag (20.11.2017) i forskningstidskriften Naturkommunikation .

Bielefeld-fysikerna arbetar med de grundläggande principerna för att göra databehandling mer effektiv och energieffektiv inom det unga området "spin-kaloritronik". De leds av professor Dr. Günter Reiss. Deras nya studie bestämmer styrkan hos spinnströmmen för olika kombinationer av tunna filmer.

En centrifugeringsström produceras av temperaturskillnader mellan två ändar av en elektronisk komponent. Dessa komponenter är extremt små och bara en miljondels millimeter tjocka. Eftersom de består av magnetiska material som järn, kobolt, eller nickel, de kallas magnetiska nanostrukturer.

Fysikerna tar två sådana nanofilmer och lägger ett lager metalloxid mellan dem som bara är några få atomer tjocka. De värmer upp en av de externa filmerna – t.ex. med en varm nanotråd eller en fokuserad laser. Elektroner med en specifik spinnorientering passerar sedan genom metalloxiden. Detta ger spinnströmmen. Ett snurr kan uppfattas som elektroner som snurrar på sina egna axlar-antingen medurs eller moturs.

I deras nya studie, Dr Alexander Böhnke och Dr Torsten Hübner testade tillsammans med sina kollegor Dr. Timo Kuschel och Privatdozent Dr. Andy Thomas olika kombinationer av ultratunna filmer. Varje gång, de värmde en av de yttre filmerna på samma sätt. "Beroende på vilket material vi använde, styrkan på spinnströmmen varierade markant, " säger Böhnke. "Det beror på den elektroniska strukturen hos materialen vi använde." Baserat på teoretiska antaganden, forskarna kunde hitta lämpligt material med lämplig elektronisk struktur. Den uppmätta styrkan hos centrifugeringsströmmen var upp till tio gånger högre än den som erhölls med tidigare använda material. Enligt forskarna, magnetiska nanostrukturer med speciella kombinationer av kobolt, järn, kisel, och aluminium var särskilt produktiva.

Experimenten som utfördes av fysikerna i Bielefeld var resultatet av ett nära samarbete med teamet som leddes av professor Dr. Markus Münzenberg från Ernst Moritz Arndt -universitetet i Greifswald och professor Dr. Christian Heiliger från Justus Liebig -universitetet i Gießen. Dr Andy Thomas startade sin forskning om detta ämne vid Bielefeld University och fortsätter den nu vid Leibniz Institute for Solid State and Materials Research i Dresden.

Studien är ett av projekten inom "Spin Caloric Transport" (SpinCaT) Priority Program of the German Research Foundation (DFG). Forskargruppen "Thin Films &Physics of Nanostructures" deltog i fyra av projekten i programmet som avslutades denna juni.