Een internationaal onder-zoeksteam met wetenschap-pers van de universiteiten van Giessen, Göttingen en Biele-feld en van het Massachusetts Institute of Technology hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de effecten van thermo-elektriciteit en magnetisme in magnetische tunnelelementen te combineren. Daarbij is het gelukt om de thermospanning, het zogenaamde Seebeck-effect, van de elektronen in een magnetisch tunnelelement door de verandering van de magnetisering gericht te beïnvloeden.
Het nieuwe onderzoeksgebied ‘Spinkaloritronica’ verbindt twee fysieke effecten: de thermo-elektriciteit en het magnetisme. Binnen de thermo-elektriciteit is het Seebeck-Effect van veel betekenis. Bij dit effect wordt een elektrische spanning opgewekt door een temperatuurverschil. Hiermee is het mogelijk om warmte in elektrische energie om te vormen en zo het rendement te verhogen, wat be-langrijk is met het oog op de toekomstige energievoorziening.
Spin
Het magnetisme in materialen wordt veroorzaakt door de zogenaamde spin. Vooral elektronen hebben een spin, waarmee de draaiing van het elektron om zijn eigen as wordt bedoeld. Bekijkt men elektronische componenten in het nanogebied, dan wordt het magnetisme onder andere in de zogenaamde mag-netische tunnelelementen gebruikt. Dit zijn elektronische componenten die uit twee magnetische lagen bestaan, die door een oxide laag van enkele atomen dik worden gescheiden. Hoewel de oxidelaag isolerend werkt, kunnen elek-tronen door deze barrière heen dringen.
Magnetisch tunnelelement bestaande uit twee magneetlagen van een ijzer-kobalt-legering, gescheiden door een laag magnesiumoxide. De afbeelding geeft de afzonderlijke atomen weer.
Perspectieven
Het nieuw ontdekte effect, het schakelen van de thermospanning in magneti-sche tunnelelementen, wordt het Magneto-Seebeck-effect genoemd. Hierbij is een verhoging van de thermospanning met meer dan 1000% mogelijk is. Het is het team van onderzoekers gelukt om het Magneto-Seebeck-effect in tunnel-elementen experimenteel te bewijzen. Daarbij wordt één van de beide magne-tische lagen in een tunnelelement met laserpulsen verhit, wat een thermo-spanning oplevert. Deze thermospanning verandert als de magnetisering wordt veranderd, en dat is precies het nieuwe Magneto-Seebeck-effect.
Tunnelelementen worden al gebruikt als leeskop bij een harde schijf. Momen-teel wordt de toepassing van magnetische tunnelelementen in niet-vluchtige geheugenelementen in computers onderzocht. Daarbij blijft de opgeslagen informatie ook zonder stroomvoorziening behouden.
Toekomstige toepassingen zijn nog speculatief, maar er ontstaat een veelbe-lovende mogelijkheid om energieomzetting in de kleinste elementen lokaal te besturen. De in microprocessoren ontstane warmte kan gericht benut worden.
