De warmte die in mini computer-processoren ontstaat, is binnen-kort misschien geen probleem of nutteloos meer. In tegendeel, deze zou zelfs kunnen worden benut om processoren gemak-kelijker te kunnen schakelen of data efficiënter op te slaan. Dat zijn twee van de mogelijke toe-passingen van een ontdekking van de Physikalisch-Technische Bundes-anstalt (PTB). De zogenaamde tunnel-magneto-thermospanning zal vooral kunnen worden gebruikt voor nano-elektronische schakelingen, dus voor kleine componenten interessant zijn.
Magnetische tunnelstructuren worden al op verschillende plaatsen in de informa-tietechnologie gebruikt. Ze dienen bijvoorbeeld als magnetische geheugencel in niet-vluchtige magnetische geheugenchips (zogenaamde MRAM’s, magnetic random access memories) of als gevoelige magnetische sensoren voor het uitlezen van data op harde schijven.
De nieuwe effecten , die de PTB ontdekte in het kader van een samenwerkings-onderzoek met Singulus en de Universität Bielefeld, zouden aan de bestaande toepassingen er weer één kunnen toevoegen: de controle en regeling van ther-mische spanningen en stromen in hoog geïntegreerde elektronische schakelingen.
Opbouw
Magnetische tunnelstructuren bestaan uit twee magnetische lagen, gescheiden door een circa 1 nm dunne isolatielaag (de zogenaamde tunnel barrière). De magnetische oriëntatie van de beide lagen in de tunnelstructuur heeft grote invloed op hun elektrische eigenschappen. Als de magnetische momenten van de beide lagen parallel zijn uitgericht, is deze weerstand laag; zijn ze tegengesteld, dan is de weerstand hoog.
De weerstandsverandering door het omschakelen van de magnetisering kan daarbij beduidend meer dan 100% zijn. Op deze manier kan door het schakelen van de magnetisering de elektrische stroomloop door deze magnetische tunnelstructuur efficiënt worden gecontroleerd.
Ook thermische stroom
De onderzoekers hebben aangetoond dat behalve de elektrische stroom ook de thermische stroom door de tunnelstructuur door het schakelen van de magneti-sering kan worden beïnvloed. Bij hun experimenten zorgden de wetenschappers voor een temperatuurverschil tussen de beide magnetische lagen en ze onder-zochten de daardoor ontstane elektrische spanning (de zogenaamde thermo-spanning)
De thermospanning bleek bijna even sterk afhankelijk van de magnetische oriëntering van de beide lagen als de elektrische weerstand. Door het schakelen van de magnetisering zou dus de thermospanning en uiteindelijk ook de thermische stroom kunnen worden gecontroleerd.
Toekomstige toepassingen van dit nieuwe effect zijn bijvoorbeeld het gebruik in gerichte energie omvorming van afvalwarmte in geïntegreerde schakelingen. Bovendien is de ontdekking van deze zogenaamde tunnel-magneto-thermo-spanning een mijlpaal in het zich snel ontwikkelende onderzoeksgebied ‘Spinkalorik’.
