Миниохладитель работает на спиновых волнах

Итогом совместного исследовательского проекта фонда FOM, университета Гронингена, Делфтского технологического университета (Нидерланды) и японского университета Тохоку стал миниатюрный охладительный элемент, использующий для транспортировки тепла в диэлектриках спиновые волны. Такое устройство может найти применение в качестве теплоотвода в компьютерных чипах.

Описанию его конструкции и принципа действия посвящена онлайновая статья в Physical Review Letters от 7 июля.

В предыдущих опытах спиновые свойства электронов уже использовался для переноса тепловой энергии в магнитных металлах, но для изоляторов это было осуществлено впервые.

Поскольку в диэлектриках перенос спина вместе со свободными электронами невозможен, исследователям пришлось искать новый метод. Они показали, что спины на границе раздела между немагнитным металлом и магнитным изолятором вызывают, так называемые, спиновые волны, транспортирующие тепло в обоих направлениях.

Экспериментальный образец состоял из железоиттриевого минерала граната толщиной 200 нм с нанесенным на него слоем платины 20×200 мкм. Электроны легко проходили через проводящий слой платины, но задерживались на границе с гранатовым изолятором. Тем не менее, спин электронов переносился через границу, так как магнитный момент свободных электронов изменял магнитный момент (спин) ближайших электронов изолятора. Это изменение последовательно передавалось вглубь диэлектрика и вместе со спином переносилась тепловая энергия. В зависимости от взаимной ориентации спина и намагниченности минерала граница либо охлаждалась, либо нагревалась.

Внедрив в образец миниатюрные высокочувствительные термодатчики, ученые смогли измерить разницу температур, возникающую при движении электронов по платиновой полоске. Она составила всего 0,25 миллицельсия, что подтверждает соответствующие теоретические оценки.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365