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.