Ein internationales Wissenschaftlerteam hat vielleicht einen Weg gefunden, Computer noch sparsamer und effektiver zu machen. Ein neuartiger Effekt erlaubt es künftig, die Abwärme in Mikroprozessoren in neue Bahnen zu lenken. Die Physiker führten ihr Experiment mit einem magnetischen Bauteil durch, wie es im Lesekopf von Festplatten verwendet wird. Wurde dieses magnetische Tunnelelement mit einem Laserstrahl aufgeheizt, entstand eine elektrische Spannung. Höhe und Art der Spannung seien über die Temperatur und die Atomzusammensetzung des Bauteils kontrollierbar, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature Materials“.
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Dieser so genannte Magneto-Seebeck-Effekt war zuvor theoretisch vorhergesagt worden. Die neuen Daten belegen jetzt Existenz und Merkmale dieses Effekts auch experimentell. Die Forscher erhoffen sich davon zukünftig auch konkrete Anwendungen: „Damit eröffnen sich Möglichkeiten, in Zukunft zum Beispiel in Mikroprozessoren entstehende, bislang ungenutzte Energie gezielt in das Computersystem zurückfließen zu lassen“, sagt der Physiker Markus Münzenberg von der Universität Göttingen.
Phänomen „Spin“
Elementarteilchen wie Atomkerne oder Elektronen besitzen einen Spin. Dieses physikalische Merkmal, eine Art Eigendrehimpuls, verleiht ihnen magnetische Eigenschaften. In einem Magnetfeld richten sich die Teilchen daher ihrem Spin entsprechend aus.
Ausgenutzt wird diese Eigenschaft beispielsweise in bildgebenden Verfahren der Medizin wie der Kernspintomographie. Aber auch das Lesen von Festplatten beruht auf solchen so genannten magnetischen Tunnelelementen. Im Rahmen der „Spintronik“ erforschen Wissenschaftler Wege, um zukünftig auch den Arbeitsspeicher von Computern nicht mehr elektrisch, sondern magnetisch funktionieren zu lassen. Der Vorteil dabei: Die Daten blieben auch beim Abschalten der Stromzufuhr erhalten.
Laserimpulse heizen Tunnelelemente auf
Das Forscherteam um Münzenberg hat in einem Experiment magnetische Tunnelelemente unter Hitzeeinwirkung untersucht. Die Elemente bestanden aus zwei magnetischen Schichten, die durch eine dünne Oxidschicht von nur wenigen Atomlagen getrennt waren. Wurde dieses Bauteil durch einen Laserstrahl aufgeheizt, geschah Überraschendes: Durchquerten die erhitzten Elektronen die dünne Oxidschicht, erzeugte dies elektrische Spannung.
Diese Thermospannung konnten die Physiker beliebig absenken oder erhöhen, indem sie die Magnetisierung veränderten. „Die Experimente zeigten, dass der Magneto-Seebeck-Effekt genutzt werden kann, um Thermospannung in wenige Nanometer kleinen Geräten zu kontrollieren“, schreiben die Forscher in ihrem Artikel. In Zukunft sei eine Änderung der Thermospannung um bis zu tausend Prozent möglich. Das könnte dazu beitragen, neuartige Mikroprozessoren für energieeffizientere Computersysteme zu entwickeln. (Nature Materials, 2011; DOI: 10.1038/NMAT3076)
(Nature Materials / Universität Göttingen / dapd, 26.07.2011 – DLO/NPO)
