Spinvirta välittää käyttövoimaa

01.08.2019

Japan-mekaanista-varahtelya-elektronien-spineilla-300-t.jpgUlokkeen sisältävä rakenne koostuu Y3Fe5O12:sta (YIG), joka on liitetty YIG-kalvon reunaan ja lämmittimeen. Lämmittimeen syötetty sähkövirta tuottaa lämpövirran, joka edelleen luo spinaallon (magnon) kertymisen YIG-kalvon pinnalle ja pohjalle. Kertymä injektoi spinvirtaa YIG-ulokkeeseen ja siitä edelleen mekaanista voimaa Spin-Seebeck vaikutuksen kautta.

Mekaaninen värähtely, joka syntyy elektronin spineistä, on uusi tapa tuottaa voimaa mikromekaniikan käyttöön.

Mikromekaaniset rakenne-elementit ovat välttämättömiä komponentteja monissa nykyaikaisissa sähkölaitteissa, mutta niiden käyttö edellyttää sähkövirtaa.

Näiden elementtien johdottaminen on yhä vaikeampaa, kun niiden rakenteita tehdään pienempiin mittoihin. Ongelman ratkaistakseen japanilaiset tutkijat osoittivat uuden tavan tuottaa voimaa ajamaan mikromekaniikkaa spinvirran avulla.

Spinvirta on elektronin kulmamomentin virtaus aineissa. Spinvirtaa on käytetty uutena informaation kantaja spintroniikan yhteydessä, kuten kiintolevyasemat (HDD) ja magneettinen Random-Access Memory (MRAM). Näissä sovelluksissa spinvirran injektointi voi ohjata mikromagneettien orientaatiota magneettisen vääntömomentin avulla.

Kun otetaan huomioon spinvirran kulmamomentin luonne, mitä tapahtuisi, kun spinvirta injektoidaan mekaaniseen esineeseen? Injektoitava ylenmääräinen kulmamomentti saattaa aiheuttaa siihen mekaanisen momentin. Tämä on ajatus.

Tässä tutkimuksessa tutkijat valmistivat mikroulokerakenteen magneettisesta eristeestä yttrium-rauta-granaatista (YIG:Y3Fe5O12). Metallinen ohut lanka laitettiin ulokkeen juurelle lämmittimeksi. Kun langassa kulkee sähkövirta, lanka toimii spinvirran generaattorina Spin Seebeck -vaikutuksen avulla ja spinvirta etenee mikroulokkeeseen.

Tutkijat mittasivat ulokkeen värähtelyä samalla, kun ne injektoivat spinvirtaa, joka oli moduloitu lähelle mikroulokkeen resonanssitaajuutta. Mittaus vahvisti, että spinvirran injektio sopivalla spinorientaatiolla voi herättää ulokkeeseen värinää.

"Tämä mikro-koneiden käyttömekanismi ei vaadi sähköjohtoa." ERATO Saitoh Spin Quantum Rectification projectin tutkija Kazuya Harii toteaa. "Tämä mekanismi soveltuu kaikkiin mekaanisiin esineisiin mikro- ja nanomittakaavassa."

Japanilainen ERATO Spin Quantum Rectification -tutkimusohjelma on erikoistunut spinin vähemmän tunnettuihin ominaisuuksiin.

Vuonna 2016 sen puitteissa toteutettiin Spin Peltier -vaikutuksen lämpökuvaus jossa todettiin ilmiön vaikuttavuus suuremmaksi kuin aiemmin oli oletettu.

Spinvirran tutkimus toi esiin myös Spin Seebeck -vaikutuksen, joka nyt esitellyllä tutkimuksella osoitettiin käytännölliseksi käyttövoiman siirtotavaksi

Spin Seebeck Effect osoittaa, että jopa termisesti aktivoitu satunnainen impulssi voi kiihdyttää spinin presessiota spinvirran generoimiseksi ja tuottaen siten sähköjännitettä.

Tämä on mahdollista, johtuen spinin eräästä luontaisesta ominaisuudesta: "ajan käänteissymmetrian rikkomisesta". Eli spin voi kiertää vain yhteen suuntaa ja tämän ominaisuuden vuoksi jopa satunnainen impulssi voi aktivoida yksisuuntaisen spin presession hyvin suunnitelluissa lämpöolosuhteissa.

Nyt tutkimusohjelmassa keskitytäänkin kehittämään mekanismeihin, joilla voi generoida käyttökelpoista energiaa eli toteuttaa spinperustaista energian keruuta.

Aiheesta aiemmin:

Spinaallot hyötykäyttöön

Spintroniikkaa teoretisoiden ja hyödyntäen

22.06.2023Terahertseistä näkyväksi valoksi
21.06.2023Jäljittelee ihmisen näkö- ja muistikykyjä
20.06.2023Älymateriaali haastaa Newtonin liikelain
19.06.2023Säteenjakaja fononeille
17.06.2023Inteliltä kvanttiprosessori
16.06.2023Litteät fullereenifragmentit houkuttelevat elektroneja
15.06.2023Lupaavia rakenneosia kvanttisimulaattoreille
14.06.2023Uusi rakennuspalikka kvanttiteknologialle
13.06.2023Monitoiminen suprajohtava diodi
12.06.2023Tehostusta kvantti-internetille
09.06.2023Aurinkosähköä avaruudesta
08.06.2023Maailman ensimmäinen puutransistori
07.06.2023Vihdoinkin 2D-mikrosiruja
06.06.20233D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja
05.06.2023Femtoskaalan mittauksia
03.06.2023Uusi katalyytti kestävälle vedylle
02.06.2023Skyrmioneja ohjaavia transistoreita
01.06.2023Uusia materiaaleja akuille ja lämpösähköisille
31.05.2023Fotonisiru ilman litografiaa
30.05.2023Kohti trionipohjaisia optisia laitteita
29.05.2023Uusia muistiratkaisuja spineillä ja pyörteillä
27.05.2023Nopeita mikrorobotteja ihmiskehoon
26.05.2023Sähköä ohuesta ilmasta 24/7
25.05.2023Kvanttista vai ei
24.05.2023Uusia näkemyksiä suprajohtavuuden tutkimuksiin
23.05.2023Elektroniaaltojen kuljettama lämpö
22.05.2023Erikoismuotoiltuja kvanttipisteitä
19.05.2023Nanolankaverkko oppii ja muistaa
18.05.2023Kolmiulotteista valon muokkausta
17.05.2023Muunnettavia nanomittakaavan elektronisia laitteita
16.05.2023Atomeja lävistäen ja heitellen
15.05.2023Välikerrokset tehostavat perovskiittikennoja
13.05.2023Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon
12.05.2023Grafeenipohjaisia kvanttipiirejä atomien tarkkuudella
11.05.2023Kohti topologista kvanttilaskentaa
10.05.2023Keinoihot ja tekoäly
09.05.2023Kvanttikomposiitteja sähköisille ja optisille innovaatioille
08.05.2023Salakuuntelu vaikeutuu tai sitten ei
06.05.2023Voiko ET havaita meidät?
05.05.2023Kesytetty valo tarjoaa uusia mahdollisuuksia
04.05.2023Lihonneita kvantikissoja
03.05.2023Van der Waals:lla 2D-materiaaleista 3D-kiteiksi
02.05.2023Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita
01.05.2023Kaksiulotteisuudella tehostaen
29.04.2023Suprajohteisia moottoriteitä
28.04.2023MEMS, piifotoniikka ja nestekidepisarat
27.04.2023Kvanttivalolähde sirulle ja skaalautuvuutta kvanttipilveen
26.04.2023Grafeenin kvanttipisteet magneettikenttäantureina
25.04.2023Kaksi täysin lomittunutta kudittia
24.04.2023Kurkistetaan transistorin sisälle
22.04.2023Orgaanista ja fluorensoivaa aurinkoenergiaa
21.04.2023Ei-vastavuoroista ja aikakiteistä metapintaa
20.04.2023Yhdestä fotonista neljä varauksenkantajaa
19.04.2023Uutta ferrosähköisyyttä ja magneettieristeen ohjausta
18.04.2023Tehokas lasermainen mikroaaltolähde
17.04.2023Magneettinen kvanttimateriaali ja meminduktori
14.04.2023Uusia topologisia ilmiöitä
13.04.2023Transistori biokemiallisille diagnostiikkasignaaleille
12.04.2023Nanolankoja rakennellen
11.04.2023Kvanttimateriaalien veistelyä
10.04.2023Atomien ja eksitonien twist
09.04.2023Kvanttimittausmenetelmä kasvihuonekaasuille
07.04.2023Ajan suhteen heijastuvia aaltoja
06.04.2023Atomiohuita metallikerroksia uudelle teknologialle
05.04.2023Edistysaskeleita magnoniikalle ja spintroniikalle
04.04.2023Loogisen kubitin elinikää ja virhesuhdetta parantaen
03.04.2023Mikrosiru yhdistää kaksi Nobel-palkittua tekniikkaa
31.03.2023Hiilikuitupaperia akkuihin
30.03.2023Antiferromagneettisesta ferromagneettiseen topologiseen eristeeseen
29.03.2023Tiedemiehet avaavat oven "kvanttivalon" manipulointiin
29.03.2023Elektrodynamiikan visualisointi nestemäsellä heliumilla
27.03.2023Uusi keksintö: Happi-ioni-akku
25.03.2023Synteesikaasua ja akkuvarausta auringonvalosta
24.03.2023Kubitit pistävät uuden spinin magnetismiin
23.03.2023Valon ja materiaalin yhdistäminen optimoi näytön kirkkauden
22.03.2023Kaksiulotteista piikarbidia ja perovskiittioksinitridia
21.03.2023Valoemissio ilman teoriaa
20.03.2023Aurinkokennoa rullalta rullalle
18.03.2023Sähköisesti ohjattua passiivista säteilyjäähdytystä
17.03.2023Ferrosähköinen HEMT-transistori
16.03.2023Yhden fotonin emittereitä piille
15.03.2023Fononit, kvanttipiste ja grafeeni
14.03.2023Kestomagneettisuutta tuottaen
13.03.2023Aivoissa valmistuvat elektrodit
12.03.2023Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi
09.03.2023Ionit kuriin perovskiittisissa aurinkokennoissa
08.03.2023Käsialakuvion ennätysmäistä tunnistusta
07.03.2023Suprajohdekubitteja kolmessa ulottuvuudessa
06.03.2023Kevyempiä ja pehmeämpiä ja robotteja
04.03.2023Ihmisen aivosoluilla toimiva tietokone?
03.03.2023Metapinnoilla kohti 6G:tä
02.03.2023Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa
01.03.2023Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
01.03.2023Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
01.03.2023Molekyylielektroniikan airueita
28.02.2023Antureita mikrobien nanolangoista
27.02.2023Neljän elektronin litium-ilma akku
24.02.2023Uusia eväitä kubiteille
23.02.2023Lämmönhallintaa karheille pinnoille
22.02.2023Erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita

Näytä lisää »