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Göttingen Abwärme in Mikroprozessoren in neue Bahnen lenken
Campus Göttingen Abwärme in Mikroprozessoren in neue Bahnen lenken
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17:15 25.07.2011
Schematische Darstellung des Schaltens der Thermospannung im magnetischen Tunnelelement durch antiparallele (AP) oder parallele (P) Magnetisierung.
Schematische Darstellung des Schaltens der Thermospannung im magnetischen Tunnelelement durch antiparallele (AP) oder parallele (P) Magnetisierung. Quelle: pug
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Elektronische Bauteile mit magnetischen Materialien – sie bestehen aus zwei magnetischen Schichten, die durch eine dünne Oxidschicht mit nur wenigen Atomlagen getrennt sind – werden zum Beispiel für Festplatten als Lesekopf verwendet. Derzeit wird der Einsatz dieser magnetischen Tunnelelemente als nichtflüchtiges Speicherelement in Prozessoren erforscht, die Informationen bleiben ohne Stromversorgung erhalten. Ein internationales Forscherteam der Universitäten Göttingen, Bielefeld und Gießen sowie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA hat nun eine neue Methode entwickelt, die Thermospannung der Elektronen in dem Tunnelelement durch die Veränderung der Magnetisierung gezielt zu beeinflussen. So gelingt es, die Umwandlung der Wärme in elektrische Energie zu kontrollieren. Die Ergebnisse können dazu beitragen, neue sparsame Mikroprozessoren zu entwickeln. Die Forschung der Arbeitsgruppen an den drei deutschen Universitäten wird seit Juli im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Spin Caloric Transport (SpinCat) – SPP 1538“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit über einer Millionen Euro gefördert.

Elementarteilchen, viele Atomkerne sowie Atome mit bestimmten Elektronenkonfigurationen besitzen einen Spin, der die Rotation um die eigene Achse bezeichnet. Dies ermöglicht alternative, spinbasierte Wege in der elektronischen Datenverarbeitung, die „Spinelektronik“. Neue Effekte entstehen durch Verschmelzung der Gebiete der Spinelektronik und der Energieumwandlung in neue Materialien.

Das Forscherteam mit dem Göttinger Physiker Prof. Markus Münzenberg hat jetzt magnetische Tunnelelemente mit Laserimpulsen aufgeheizt und dabei einen neuen Effekt gefunden: Bei dem Spintransport durch die dünne Oxidschicht (Tunnelbarriere), die die aufgeheizten Elektronen durchqueren, entsteht direkt eine Thermospannung. Diese konnten sie absenken oder erhöhen, indem sie die Magnetisierung veränderten. So beeinflussten sie die Thermospannung des gesamten magnetischen Tunnelelements. Sie sagen voraus, dass eine Änderung der Thermospannung von bis zu 1000 Prozent möglich sein wird. Der neu entdeckte Effekt des Schaltens der Thermospannung in magnetischen Tunnelelementen hat den Namen Magneto-Seebeck Effekt bekommen.

Damit eröffnen sich Möglichkeiten, „in kleinsten Elementen lokal die Energieumwandlung zu steuern und in Zukunft zum Beispiel in Mikroprozessoren entstehende, bislang ungenutzte Energie gezielt in das Computersystem zurückfließen zu lassen“, so Münzenberg.

pug