Rozwiązania spintroniczne zwiększające wydajność napędów termoelektrycznych
Wykorzystując najnowsze technologie konwersji, finansowani ze środków UE badacze opracowali nowe materiały i urządzenia, które pozwolą skuteczniej magazynować energię, ignorowaną dotąd jako ciepło odpadowe, i zmieniać je w energię elektryczną. Technologia termoelektryczna umożliwiająca przekształcenie ciepła odpadowego z zanieczyszczających środowisko naturalne elektrowni w prąd może pomóc oszczędzać energię i ograniczyć szkodliwe emisje. Tradycyjne urządzenia wykorzystujące zjawisko Seebecka są tanie i trwałe, jednak wydajność konwersji energii przez te urządzenia w większości przypadków jest niewystarczająca. W ramach finansowanego ze środków UE projektu THERMO-SPINTRONIC (High performance energy conversion by the interplay between thermoelectricity and spin Seebeck effect) naukowcy starali się ominąć tę przeszkodę, opracowując nowe urządzenia termoelektryczne wykorzystujące zarówno tradycyjny, jak i spinowy efekt Seebecka. Urządzenia oparte na spinowym efekcie Seebecka zmieniają ciepło w energię wprawiającą elektrony w ruch wirowy. W wyniku różnicy temperatur w miejscu styku przewodnika elektrycznego z magnesem termicznie generowane jest napięcie spinowe indukujące prąd spinowy w przewodniku. Spinowy efekt Seebecka zaobserwowano nie tylko w metalach, ale również półprzewodnikach, a nawet izolatorach. To umożliwiające uniwersalne przekształcanie ciepła w prąd spinowy odkrycie z pewnością pobudzi rozwój spintroniki. W pierwszej fazie projektu naukowcy przeanalizowali materiały na bazie tlenków metali, zawierające dobrze znane tlenki przewodzące, takie jak magnetyt, celem zbadania powiązań pomiędzy wspomnianymi dwoma efektami Seebecka. Okazało się, że zoptymalizowana heterostruktura składająca się z kilku dwuwarstw (każda z jedną warstwą ferromagnetyczną oraz jedną warstwą niemagnetyczną) pozwala uzyskać maksymalne napięcie spinowe, a tym samym zapewnia najlepszą konwersję spinu do ładunku. Dzięki wynikom projektu THERMO-SPINTRONIC udało się lepiej zrozumieć podstawowe procesy rządzące spinowym zjawiskiem Seebecka oraz stworzyć nowe urządzenia o znacznie większej efektywności konwersji ciepła na energię elektryczną, co znacznie przyczyni się do rozwoju termoelektryki.
Słowa kluczowe
Termoelektryczny, spintronika, ciepło odpadowe, THERMO-SPINTRONIC, spinowy efekt Seebecka
