Wissenschaftler der Universitäten Bielefeld, Gießen und Göttingen haben in einem Verbundforschungsprojekt auf dem zukunftsweisenden Forschungsfeld der "Spinkaloritronik" erste Ergebnisse erzielt, die nun in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht wurden. Die Bielefelder Wissenschaftler Professor Dr. Günter Reiss und Dr. Andy Thomas arbeiten gemeinsam mit ihren Kollegen an thermoelektrischen Bauteilen, mit denen beispielsweise Abwärme nutzbringend gelenkt werden kann.

Energiefragen und die Entwicklung neuartiger Elektronikbauteile sind zwei große Themengebiete aktueller Forschung. Die Steigerung der Energieeffizienz, die letztendlich zu verringertem Energiekonsum führt, ist dabei immer wichtiger geworden. Die Nutzung von Abwärme, zum Beispiel zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, ist oft eine naheliegende Lösung. Sie wird konsequenterweise als Thermoelektrik bezeichnet und gehört zum Gebiet der Wärmelehre (Kalorik).

In herkömmlichen Elektronikbauteilen wird die Ladung des Elektrons als Informationsträger verwendet. Neuartige Elektronikbauteile nutzen zusätzlich den Spin des Elektrons, der anschaulich einer schnellen Drehung um die eigene Achse entspricht. Dadurch können zusätzliche Funktionen zur Verfügung gestellt werden. Dies wird allgemein als Spinelektronik bezeichnet. Die Schnittmenge dieses Forschungsgebiets und der Kalorik wird deshalb von Wissenschaftlern mit dem sperrigen Wort "Spinkaloritronik" versehen.

Magnete sind in der Spinelektronik oft die Materialien der Wahl, weil hier der Spin des Elektrons auf besondere Art und Weise zugänglich ist. Werden nun zwei Magnetschichten durch eine ultradünne, nichtleitende Schicht getrennt, lässt sich ein thermoelektrisches Bauteil herstellen. Jeder Magnet besitzt aber auch einen Nord- und einen Südpol, er kann also ausgerichtet werden. Durch die Orientierung der beiden Magnete zueinander lässt sich eine elektrische Spannung einstellen, welche durch Wärmeunterschiede der beiden Magnete hervorgerufen wird.
"In elektronische Schaltkreise eingebettet kann so beispielsweise die Abwärme eines Prozessors in neue Bahnen gelenkt werden", so Dr. Andy Thomas, Leiter einer NRW-Nachwuchsforschergruppe.
Die Forschung wurde gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Günter Reiss an der Universität Bielefeld durchgeführt. Die Ergebnisse wurden am Sonntag, 24. Juli 2011 in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht, in der wichtige Beiträge der Physik und der Materialwissenschaften vorgestellt werden. Die weitere Forschung des Verbundes zwischen den Arbeitsgruppen der Universitäten Göttingen, Gießen und Bielefeld wird im Rahmen des neuen Schwerpunktprogramms "SpinCat" mit Forschungsgeldern von rund einer Million Euro durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.


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Quelle: Universität Bielefeld (07/2011)