Les électrons possèdent leur propre moment angulaire. Ils tournent sur leur propre axe. En physique, le terme technique pour cette propriété est spin. Un tel spin électronique est ce qui fait que les électrons se comportent comme des aimants. Cependant, ce qui est spécial, c'est que même lorsqu'ils maintiennent leur position (c'est-à-dire ne bougent pas), les électrons peuvent transmettre leur spin aux électrons voisins. Ce processus semblable à une réaction en chaîne dans lequel un spin est transmis magnétiquement en tant qu'information est appelé courant de spin. Elle peut être générée par des différences de température entre deux extrémités d'un composant électronique. L'avantage du courant de spin par rapport à l'électricité habituelle est qu'il ne génère pratiquement pas de chaleur supplémentaire, économisant ainsi plus d'énergie.

La majeure partie de la chaleur générée par les machines électroniques telles que les ordinateurs n'est pas utilisée. En effet, il faut généralement beaucoup d'énergie pour les refroidir. Un groupe de recherche dirigé par les physiciens de Bielefeld, le Dr Timo Kuschel et le professeur Dr. Günter Reiss, a utilisé le programme prioritaire SpinCaT de la DFG pour étudier comment les courants de spin peuvent être générés, manipulé, et détecté. "Cela nous permettra d'utiliser la chaleur perdue pour de nouveaux types de stockage de données ainsi que d'autres composants informatiques basés sur le courant de spin et contribuera ainsi à économiser de l'énergie, " explique Kuschel.

En collaboration avec des universités nationales et internationales, Dr Timo Kuschel, Dr Oliver Reimer, et le doctorat l'étudiant Panagiota Bougiatioti a récemment réalisé trois percées dans la recherche fondamentale sur la caloritronique de spin.

Confirmation des courants de spin : Confirmer qu'un courant de spin est généré dans un matériau spécifique n'est pas une préoccupation anodine, selon Kuschel. « Dans certains matériaux, il ne peut pas être démontré sans équivoque, car d'autres effets tels que les effets thermoélectriques classiques sont également détectés automatiquement. » Panagiota Bougiatioti, doctorante à Bielefeld, a maintenant réussi à développer une méthode pour de tels matériaux qui filtre et sépare les effets parasites de l'effet générant le courant de spin. permet aux scientifiques de déterminer sans équivoque si un courant de spin est généré dans un matériau spécifique. L'équipe du projet comprenait également des chercheurs de l'Université d'Osnabrück et de l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) à Grenoble. Elle a publié ses résultats dans la revue Lettres d'examen physique .

Courant de rotation dans l'espace : Un courant de spin se déplace le long d'une différence de température :un signal magnétique est transféré de, par exemple, chaud à froid. Dr Oliver Reimer, qui a reçu son doctorat de la Faculté de physique de l'Université de Bielefeld, a réussi à construire une nouvelle configuration qui peut générer des différences de température sur une petite échelle de longueur et dans des directions spatiales spécifiées. Ceci permet désormais d'induire des courants de spin variant spatialement dans un matériau – auparavant, cela n'a été possible que dans une seule direction - et d'étudier de nouveaux types d'effets qui dépendent de la direction prise par un courant de spin. L'équipe du projet Bielefeld a mené cette recherche en coopération avec l'Université de Ratisbonne. Reimer a présenté ses résultats en tant que premier auteur dans la revue Nature Rapports scientifiques .

Courant de rotation dans le temps : Dans un autre projet, Le Dr Timo Kuschel et le Dr Johannes Kimling de l'Université de l'Illinois aux États-Unis ont utilisé des échelles de temps très courtes pour mesurer combien de temps il faut pour qu'un courant de spin émerge. Grâce à la technologie laser de pointe, les scientifiques ont continuellement répété leur expérience en variant le temps entre la génération et l'émergence d'un courant de spin :quelle est la taille du courant de spin après 1, dix, ou 25 picosecondes ? L'article de l'équipe internationale du projet a été publié dans la revue Lettres d'examen physique .

Le Dr Timo Kuschel et le professeur D. Günter Reiss souhaitent poursuivre leurs recherches dans le domaine de la caloritronique de spin :« Ce domaine a déjà exercé une forte influence sur la recherche fondamentale, mais en est encore à ses balbutiements en ce qui concerne les applications. Par conséquent, la prochaine étape sera de transférer les connaissances de base en physique vers des applications techniques."