Revêtement STE et caractéristiques des couches minces Cr-PBA. (À gauche) Illustrations schématiques de la conversion d'énergie STE sur le gradient de température vertical (∇Tz) et du mécanisme de LSSE associé aux magnons générés thermiquement et de leur conversion en courant de charge via l'ISHE. (Milieu) Croquis de la configuration ECD pour le revêtement Cr-PBA utilisant un film mince de Cr (10 nm) comme électrode de travail (WE), contre-électrode en Pt (C), et cellule de référence Ag/AgCl (R). (À droite) ΔVLSSE en fonction du T estimé dans un film Cr-PBA présentant un comportement linéaire. Crédit :Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan
Une équipe de chercheurs, affilié à UNIST a récemment introduit une nouvelle classe de matériaux magnétiques pour la caloritronique de spin. Publié dans le numéro de février 2021 de Communication Nature , les applications STE démontrées d'une nouvelle classe d'aimants ouvriront la voie à un recyclage polyvalent de la chaleur résiduelle omniprésente. Cette percée a été menée par le professeur Jung-Woo Yoo et son équipe de recherche au Département de science et génie des matériaux de l'UNIST.
La technologie thermoélectrique de spin est une technologie thermoélectrique émergente qui permet de récupérer de l'énergie à partir de la chaleur résiduelle. Cela a suscité un intérêt considérable pour la recherche avec les avantages potentiels de l'évolutivité et de l'efficacité de conversion d'énergie, grâce à des chemins orthogonaux pour le flux de chaleur et de charge. Cependant, les isolants magnétiques précédemment utilisés pour les thermoélectriques de spin posent des défis pour la mise à l'échelle en raison du traitement à haute température et de la difficulté de dépôt sur de grandes surfaces, a noté l'équipe de recherche.
Dans cette étude, l'équipe de recherche a introduit un aimant à base de molécules, Cr-PBA, en tant qu'isolant magnétique alternatif pour la conversion d'énergie thermique-électrique médiée par magnon. Selon l'équipe de recherche, le film magnétique moléculaire étudié présente plusieurs caractéristiques avantageuses par rapport aux isolants magnétiques inorganiques en termes d'applications TE de spin (STE). En effet, il implique des voies synthétiques polyvalentes se prêtant au dépôt de grandes surfaces à température ambiante, en plus d'une faible interaction spin-réseau et d'une faible conductivité thermique.
"La croissance du Cr-PBA a été réalisée à température ambiante en utilisant la méthode de dépôt électrochimique (ECD), qui pourrait offrir une production évolutive de films minces, " a noté l'équipe de recherche. " Cette technique de dépôt peut être facilement adaptée pour la grande surface et la production en série de couches minces, qui peut se targuer d'un mérite important de l'EST, C'est, évolutivité à grande échelle."
Selon l'équipe de recherche, diverses autres méthodologies, comme la peinture et l'impression, peut également être utilisé pour développer le film PBA. Ils ont également noté que la génération et le transfert de magnons sont des processus essentiels pour la récupération d'énergie des STE, ainsi que magnon informatique. Les résultats expérimentaux ont également indiqué que les excitations des magnons de basse énergie dans cette classe d'aimants étaient beaucoup plus fortes que celles des aimants inorganiques typiques. Outre, les études de résonance ferromagnétique ont montré une constante d'amortissement de Gilbert extrêmement faible, ce qui indique une faible perte de magnons générés par la chaleur. Par ailleurs, la faible conductivité thermique déterminée dans le film magnétique à base de molécules étudié est un avantage accessoire pour la récupération d'énergie STE car elle aide à maintenir un gradient de température plus élevé à travers le film, a noté l'équipe de recherche.
"Notre étude montre que les excitations et transferts de magnons dans cet aimant hybride sont très efficaces, suggérant des aimants à base de molécules, avec leur polyvalence synthétique, pourraient être des alternatives exceptionnelles pour diverses applications de la caloritronique de spin ainsi que de la spintronique magnon, ", a déclaré l'équipe de recherche.
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le numéro de février 2021 de Communication Nature . Cette étude a été menée conjointement par le professeur Joonki Suh (Department of Materials Science and Engineering, UNIST), Professeur Byoung-Chul Min (Institut coréen des sciences et technologies, KIST), et deux diplômés du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UNIST—Dr. Jungmin Park (KBSI) et le professeur Mi-Jin Jin (Université de Dankook).