NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/magnetische-nano-warmteschakelaar-nr-109/

Geprint op :
17 december 2018
20:02:17

De onderzoekers van dit programma hebben een nano-warmteschakelaar ontworpen die ze magnetisch aan en uit kunnen schakelen. In de toekomst kunnen we deze minuscule schakelaars gebruiken om een warmteoverschot in transistoren in chips te hergebruiken.

Tot nu toe dachten natuurkundigen dat de temperatuur van elektronen onafhankelijk is van de richting van hun spin. Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen, de Technische Universiteit Delft, Tohoku University en FOM hebben nu aangetoond dat dit niet altijd het geval is. Ze brachten een temperatuurverschil aan op het grensvlak tussen een niet-magnetisch en een magnetisch metaal. Afhankelijk van het teken van het temperatuurverschil bleken óf de elektronen met spin die parallel stond aan de magnetisatie, óf de elektronen met anti-parallelle spin, een hogere temperatuur aan te nemen. De elektronen met tegengestelde spin kregen juist een lagere temperatuur. Het temperatuurverschil ontstaat doordat de warmtegeleiding voor de twee spinrichtingen in de magnetische laag verschilt.

Nanopilaar
Met deze kennis bouwden de onderzoekers een nanopilaar die bestaat uit twee magnetische lagen, met daartussen een niet-magnetische laag. In deze pilaar konden ze de magnetisatie van beide magnetische lagen apart schakelen om de warmtegeleiding te beïnvloeden. De pilaar is slechts 80 nanometer breed – duizend keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar.

Wanneer de magnetisatie in de buitenste lagen van de pilaar dezelfde kant op staat, zullen elektronen met dezelfde spinrichting in beide lagen een hogere warmtegeleiding hebben. Warmte kan daardoor gemakkelijk van de ene kant naar de andere kant van de pilaar worden getransporteerd – er is sprake van een hoge warmtegeleiding. Als de magnetisatie in de twee lagen tegenovergesteld is, word de warmtegeleiding juist onderdrukt. Op die manier is de hoeveelheid warmte die door de pilaar stroomt aan en uit te schakelen.