Skip to ContentSkip to Navigation
Onderdeel van Rijksuniversiteit Groningen
Science LinXScience LinX nieuws

Onderzoekers ontwikkelen magnetische nano-warmteschakelaar

12 september 2013
Bart van Wees
Bart van Wees

Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen (prof. dr. Bart van Wees en twee leden van zijn groep), Technische Universiteit Delft, Tohoku University en de Stichting FOM hebben een nano-warmteschakelaar ontworpen die ze magnetisch aan en uit kunnen schakelen. In de toekomst kunnen ze deze minuscule schakelaars mogelijk gebruiken om een overschot aan warmte af te voeren van afzonderlijke transistors in chips. De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 08 september 2013 in de online editie van Nature Physics.

De werking van de schakelaar is gebaseerd op de spin van de elektronen: een fundamentele eigenschap die het magnetisch moment van deeltjes veroorzaakt. Tot nu toe dachten natuurkundigen dat de temperatuur van een elektron onafhankelijk is van de richting van zijn spin. De onderzoekers 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 tegengesteld spin kregen juist een lagere temperatuur. Het temperatuurverschil ontstaat doordat de warmtegeleiding in de magnetische laag voor de twee spinrichtingen verschilt.

De nanopilaar
De nanopilaar

Warmte in magnetische 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 - 1.000 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, en dus een hogere temperatuur aannemen. Warmte kan daardoor gemakkelijk van de ene kant naar de andere kant van de pilaar worden getransporteerd. In dat geval is er sprake van een hoge warmtegeleiding.

Als de magnetisatie in de twee lagen tegenovergesteld is, hebben elektronen met een hoge warmtegeleiding in de ene magnetische laag, juist een tegenovergestelde spinrichting ten opzichte van de elektronen in de tweede magnetische laag. Hierdoor is het moeilijk er om warmte door de pilaar te transporteren, waardoor de warmtegeleiding is onderdrukt. Op die manier is de hoeveelheid warmte die door de pilaar stroomt aan en uit te schakelen.

Spin-caloritronica
De resultaten zijn een volgende stap in de 'spin-caloritronica', een jong onderzoeksgebied dat de rol van het magnetisch moment van elektronen in warmtetransport bestudeert.

Omdat de schakelaars zo onvoorstelbaar klein zijn, kunnen we ze gebruiken om heel lokaal de warmtetoevoer of -afvoer te regelen. Dat kan goed van pas komen in chips die soms op gelokaliseerde hotspots veel te heet worden.

Bron: persbericht van stichting FOM

Artikel op de site van Nature Physics

Laatst gewijzigd:10 juni 2015 12:01

Meer nieuws

  • 12 november 2018

    Symposium 'Gaswinning, aardbevingen en wat nu?' op 15 november a.s.

    Het Groninger Universiteitsfonds (GUF) bestaat dit jaar 125 jaar. Tijdens een speciaal symposium met de titel ‘Gaswinning, aardbevingen en wat nu?’ op donderdag 15 november 2018, wordt daarom de 'Ubbo Emmiuspenning voor bijzondere maatschappelijke verdiensten'...

  • 06 november 2018

    Groningen blijft in trek bij Nederlandse en internationale studenten

    De Rijksuniversiteit Groningen telt per 1 november 2018 31.115 studenten met een ‘actieve eerste inschrijving’ voor een bachelor of masteropleiding. Dit is een stijging van 4,6% ten opzichte van 2017.Het totale aantal studenten dat ingeschreven is aan...

  • 16 oktober 2018

    Digital Society Conferentie Nederlandse universiteiten

    De digitale informatietechnologie dringt steeds dieper door in onze samenleving. Daarom organiseren de veertien Nederlandse universiteiten, verenigd in de VSNU, op dinsdag 27 november de internationale Digital Society Conference in de Rijtuigenloods...