Сочетание спинтроники и квантовой термодинамики позволит собирать энергию при комнатной температуре

Международная команда специалистов рассмотрела плохо изученное пересечение двух сфер – спинтроники и квантовой физики (термодинамики). Объединение технологий поможет получать энергию при комнатной температуре.

Исследование было проведено сотрудниками Национального центра научных исследований Франции (CNRS), университетов Страсбурга, Лотарингии и Уппсалы, сообщает phys.org. Его выводы описаны в журнале Communications Physics.

Спинтроника – технология создания новых поколений маломощной электроники, использующая свойство квантовго спина электронов. Ее хотят использовать в системах связи и хранения энергии. Цель квантовой физики – переоценить правила термодинамики для наноструктур.

Эксперименты и анализы команды показали возможность сборки электрогенератора, использующего электронный спин для сбора тепловых колебаний при комнатной температуре. Процесс происходит в парамагнитных центрах (ПЦ) – магнитах атомарного уровня. Их ориентация меняется под действием тепла. Электроды двигателя, спинтронные селекторы, делают проводящими электроны с одним спином. Процессы в ПЦ обеспечивают передачу энергии на разных уровнях. Это вызывает спонтанное напряжение смещения между электродами и генерирование тока при закрытии цепи.

Ученые представили аналитические и неэмперические теории для определения связи концепции спинового двигателя и опытов при комнатной температуре на твердотельном спинтронном устройстве – магнитном туннельном переходе (МТП). Поверхность контакта кобальта и углеродных атомов играла роль селектора. Углерод, замещавший кислород в туннельном барьере MgO, стал ПЦ-центрами.

Согласно экспериментам, если удастся массово производить устройства с текущей плотностью материалов, МТП ляжет в основу нового поколения микросхем, непрерывно выдающих ток, в 3 раза мощнее земного солнечного излучения. Сейчас ученым нужно подтвердить определенные фундаментальные аспекты работы двигателя для обеспечения воспроизводимости за счет контроля на атомарном уровне.

Подобные технологии помогут сдержать экологическую катастрофу в рамках 11-летнего периода, отведенного Межправительственной группой экспертов по изменению климата. Но для этого потребуются объединенные усилия ученых, законодателей и промышленных партнеров, уже занимающихся спинтронными технологиями на основе МТП.