Magneettinen ohutkalvo spin-lämpösähkölle

Kaaviokuva STE-energianmuunnoksesta

Korealainen tutkijaryhmä on äskettäin esitellyt uuden luokan magneettisia materiaaleja spin-kaloritroniikkaa varten.

Läpimurtoa on johtanun professori Jung-Woo Yoo ja hänen tutkimusryhmänsä UNIST:in materiaalitekniikan laitoksella.

Spin-termoelektroniikka on kehittyvä lämpösähköinen tekniikka, joka tarjoaa energian keräämisen hukkalämmöstä. Se on herättänyt huomattavaa kiinnostusta skaalautuvuuden ja energian muuntotehokkuuden potentiaalisten etujen vuoksi nimittäin lämmön ja varauksien virtauksien kohtisuorien reittien ansiosta.

Aikaisemmin spin-lämpöelektroniikkaan käytetyt magneettiset eristeet asettavat haasteita skaalautumiselle johtuen korkean lämpötilan käsittelystä ja suurten pintojen kerrostumisvaikeuksista, toteaa tutkimusryhmä.

Tässä tutkimuksessa tutkimusryhmä esitteli molekyylipohjaisen magneetin, Cr-PBA:n, vaihtoehtoisena magneettisena eristeenä magnonivälitteiseen lämpösähkön muuntamiseen.

Tutkimusryhmän mukaan tutkitulla molekyylimagneettikalvolla on useita edullisia ominaisuuksia epäorgaanisiin magneettieristeisiin verrattuna spin TE (STE) -sovelluksissa. Itse asiassa siihen liittyy monipuolisia synteettisiä reittejä, jotka soveltuvat suurelle alueelle kerrostumiseen huoneenlämpötilassa, heikon spin/hila vuorovaikutuksen ja matalan lämmönjohtavuuden lisäksi.

"Cr-PBA:n kasvu toteutettiin huoneenlämmössä käyttämällä sähkökemiallisen kerrostamisen (ECD) menetelmää, joka voisi tarjota ohutkalvojen skaalattavan tuotannon", toteaa tutkimusryhmä. "Tämä kerrostustekniikka voidaan helposti mukauttaa suurialaisille ohutkalvolle ja massatuotannolle."

Tutkijoiden mukaan PBA-kalvon kehittämisessä voidaan käyttää myös muita menetelmiä, kuten maalausta ja painamista. He totesivat myös, että magnonien generointi ja siirto ovat välttämättömiä prosesseja STE-energian keräämiselle, samoin kuin magnoniselle tietotekniikalle. Kokeelliset tulokset osoittivat myös, että pienenergisten magnonien herätteet tässä magneettiluokassa olivat paljon voimakkaampia kuin tyypillisissä epäorgaanisissa magneeteissa.

Lisäksi ferromagneettisen resonanssitutkimuksen Gilbert-vaimennusvakio oli erittäin pieni, mikä osoittaa lämmöllä tuotettujen magnonien pienen hävikin. Lisäksi määritelty alhainen lämmönjohtavuus tutkitussa magneettikalvossa on lisäetu STE-energian keräämiselle, koska se auttaa pitämään kalvossa korkeamman lämpötilagradientin.

"Tutkimuksemme osoittaa, että magnonien herätteet ja siirrot tässä hybridimagneetissa ovat erittäin tehokkaita, mikä viittaa siihen, että molekyylipohjaiset magneetit yhdessä niiden synteettisen monipuolisuuden kanssa voivat olla erinomaisia vaihtoehtoja spin-kaloritroniikan sekä magnoni-spintroniikan eri sovelluksille", toteaa tutkimusryhmä.

Aiheesta aiemmin:

Lämpösähköä spinien tasolta

Spinvirta välittää käyttövoimaa