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Magnetisches System, das Wärme in mechanische Bewegung umwandelt

16.11.2017

Forscher der University of Exeter haben ein mikroskopisch kleines Magnetsystem geschaffen, das in der Lage ist, mechanische Bewegungen unter Verwendung von Wärmeenergie aus der Umgebung zu erzeugen. Dieses neue Prinzip der direkten Umwandlung von Energie von einer Art in eine andere kann verwendet werden, um den Betrieb verschiedener Nanomaschinen und Mikroroboter sicherzustellen, und der Betrieb neuartiger Sensoren und Informationsspeichergeräte der nächsten Generation kann auf diesem Prinzip basieren.

Die Basis des neuen Magnetsystems ist ein ziemlich verbreiteter Mechanismus, der als "Ratsche" bekannt ist. Diese thermische Ratsche besteht aus einem sehr ungewöhnlichen Material, das als "künstliches Spin-Eis" (künstliches Spin-Eis) bezeichnet werden kann und das viele winzige Nanomagnete enthält, Nanopartikel ihrer Permalloy-Legierung, einer Eisen-Nickel-Legierung.

Neben thermischer Energie ist ein solches System in der Lage, die Energie eines Magnetfelds in Bewegung umzuwandeln, was zu einer Verschiebung der Magnetisierungsvektoren einzelner Nanomagnete führt. In diesem Fall hat diese Verschiebung einen ringförmigen Charakter und dreht sich in eine von zwei möglichen Richtungen. „Wir haben lange versucht herauszufinden, warum das überhaupt funktioniert“, sagt Professor Gino Hrkac, „und erst ganz zum Schluss haben wir gemerkt, dass an den gegenüberliegenden Rändern der thermischen Ratsche ein asymmetrisches Energiepotential entsteht, das reflektiert wird in der Verteilung des Gesamtmagnetfelds der eingestellten Nanomagnete. Und diese Asymmetrie bewirkt, dass sich der Magnetisierungsbereich in eine von zwei Richtungen dreht.“

Um die Eigenschaften des magnetischen Zustands einer thermischen Ratsche zu untersuchen, verwendeten Wissenschaftler Röntgenstrahlen und den sogenannten dichroitischen Magneteffekt (magnetischer dichroitischer Effekt). Und die eigentlichen Messungen wurden mit der SLS-Röntgenquelle des Paul Scherrer Instituts, Schweiz, und der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, durchgeführt.

Wie oben erwähnt, kann der neue Effekt, der auf der Ebene bedingt zweidimensionaler magnetischer Materialien wirkt, in verschiedenen nanoskaligen Geräten verwendet werden, einschließlich magnetischer und thermischer Nanomotoren, Sensoren usw. Darüber hinaus kann der neue Effekt zum grundlegenden Funktionsprinzip neuer Informationsspeicher werden, deren Bits in Magnetzellen durch schnelles lokales Erhitzen mit Laserlichtimpulsen aufgezeichnet werden.

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