Minikoelelement met magnetische switch
“Het is nog geen prototype, ik zou het eerder een proof ofprinciple noemen”, Nuanceert onderzoeker Bart van WeesaanScienceGuidede resultaten.”De effecten zijn nog redelijk klein,we spreken van temperatuurverschillen van ongeveer dertigmilikelvin.” Niettemin is de ontdekking dit weekend in hettijdschriftNature Nanotechnologygepubliceerd.
Spinstroom en ladingstroom
De koelelementen die de onderzoekers hebben ontwikkeld werken opbasis van het magnetisch moment van de elektronen. Dit wordt de’spin’ genoemd. Elk elektron heeft zo’n ‘spin’. Wanneer eenelektrische stroom door een magnetische laag wordt gestuurd,richten de spins van de elektronen in die stroom zich allemaaldezelfde kant op (parallel aan de magnetisatie). Daardoor ontstaater naast de ladingstroom ook een spinstroom.
(Figuur. voorbeeld van nanokoelelement:) De groene bollenrepresenteren de elektronen en de pijlen in die bollen hunmagnetische moment, de ‘spin’. Door de spinstroom ontstaat eenwarmtestroom die magnetisch controleerbaar is en kan wordengebruikt voor het koelen van nano-elementen.
In het onderzoek is aangetoond dat het mogelijk is om dezespinstroom te gebruiken om de temperatuur op grensvlakken tussenniet- magnetisch metaal en magnetisch metaal te beïnvloeden. Doorde magnetische (spinrichtig) in één van de magnetische lagen om teklappen kan het koelen van het grensvlak- aan en uitgezet worden.Het effect is dan ook programmeerbaar.
In het experiment maken de onderzoekers gebruik van eennanopilaar van twee magnetische lagen met daar tussen eenniet-magnetische laag. Wanneer ze een stroom door deze pilaarsturen ontstaan er spinstromen van de ene magnetische laag, door deniet-magnetische laag, naar de andere magnetische laag.
Koelen op nog miniatuurschaal
In de magnetische lagen transporteren elektronen met de enespinrichting meer warmte dan die met de andere spinrichting,waardoor er een temperatuurverschil ontstaat. Dit hebben deonderzoekers gemeten met behulp van een speciaal ontworpenthermometer op nanoschaal, die ze dicht bij de pilaarplaatsten.
De gemeten verschillen zijn, aldus Van Wees, nog minimaal.Mochten er verdere resultaten geboekt worden binnen de’spin-caloritronica’, het onderzoek naar de rol van hetmagnetisch moment van elektronen in warmtetransport, dan kandat grote stappen opleveren in het op nóg kleinere schaal koelen enopwarmen van elektronica, bijvoorbeeld in harddisks vancomputers.
