Les appareils électroniques tels que les ordinateurs génèrent de la chaleur qui est principalement gaspillée. Des physiciens de l'université de Bielefeld ont trouvé un moyen d'utiliser cette énergie :ils appliquent la chaleur pour générer des signaux magnétiques appelés « courants de spin ». ces signaux pourraient remplacer une partie du courant électrique dans les composants électroniques. Dans une nouvelle étude, les physiciens ont testé quels matériaux peuvent générer ce courant de spin le plus efficacement à partir de la chaleur. La recherche a été menée en coopération avec des collègues de l'Université de Greifswald, Université de Giessen, et l'Institut Leibniz pour la recherche sur l'état solide et les matériaux à Dresde. Leurs résultats sont publiés aujourd'hui (20.11.2017) dans le journal de recherche Communication Nature .

Les physiciens de Bielefeld travaillent sur les principes de base pour rendre le traitement des données plus efficace et plus économe en énergie dans le jeune domaine de la « spin caloritronics ». Ils sont dirigés par le professeur Dr. Günter Reiss. Leur nouvelle étude détermine la force du courant de spin pour diverses combinaisons de films minces.

Un courant de spin est produit par des différences de température entre deux extrémités d'un composant électronique. Ces composants sont extrêmement petits et n'ont qu'un millionième de millimètre d'épaisseur. Parce qu'ils sont composés de matériaux magnétiques tels que le fer, cobalt, ou nickelé, on les appelle nanostructures magnétiques.

Les physiciens prennent deux de ces nanofilms et placent entre eux une couche d'oxyde métallique de seulement quelques atomes d'épaisseur. Ils chauffent l'un des films externes - par exemple, avec un nanofil chaud ou un laser focalisé. Les électrons avec une orientation de spin spécifique traversent ensuite l'oxyde métallique. Cela produit le courant de spin. Un spin peut être conçu comme des électrons tournant sur leurs propres axes - dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Dans leur nouvelle étude, Dr. Alexander Böhnke et Dr. Torsten Hübner ainsi que leurs collègues Dr. Timo Kuschel et Privatdozent Dr. Andy Thomas ont testé différentes combinaisons de films ultra-minces. Chaque fois, ils ont chauffé l'un des films externes de la même manière. "Selon le matériau que nous avons utilisé, la force du courant de spin variait considérablement, " dit Böhnke. " C'est à cause de la structure électronique des matériaux que nous avons utilisés. " Sur la base d'hypothèses théoriques, les chercheurs ont pu trouver des matériaux appropriés possédant la structure électronique appropriée. La force mesurée du courant de spin était jusqu'à dix fois supérieure à celle obtenue avec les matériaux précédemment utilisés. Selon les chercheurs, nanostructures magnétiques avec des combinaisons spéciales composées de cobalt, fer à repasser, silicium, et l'aluminium étaient particulièrement productifs.

Les expériences menées par les physiciens de Bielefeld sont le fruit d'une étroite coopération avec l'équipe dirigée par le professeur Dr. Markus Münzenberg de l'université Ernst Moritz Arndt de Greifswald et le professeur Dr. Christian Heiliger de l'université Justus Liebig à Gießen. Le Dr Andy Thomas a commencé ses recherches sur ce sujet à l'Université de Bielefeld et les poursuit maintenant à l'Institut Leibniz pour la recherche sur l'état solide et les matériaux à Dresde.

L'étude est l'un des projets du programme prioritaire « Spin Caloric Transport » (SpinCaT) de la Fondation allemande pour la recherche (DFG). Le groupe de recherche « Thin Films &Physics of Nanostructures » a participé à quatre des projets du programme qui s'est terminé ce juin.