Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Thema Corona

idw-Abo
Science Video Project



Teilen: 
10.07.2020 10:22

Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Marco Frezzella, Referat Medien- und Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Ilmenau

    Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

    Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige Datendichte moderner Endgeräte wäre unmöglich ohne den von Peter Grünberg entdeckten und 2007 mit dem Physik-Nobelpreis gewürdigten Riesenmagnetowiderstand, einem Phänomen, das auf einer kollektiven Dynamik des Spins, des Eigendrehimpulses der Elektronen, beruht. In der Arbeit, die nun von Physical Review Applied zur Publikation angenommenen wurde, untersuchten Forscher um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher von der TU Ilmenau einen anderen spintronischen Effekt. In einer Serie von Experimenten verifizierten und erweiterten sie erstmals frühere Untersuchungen einer japanischen Forschergruppe aus Sendai: Mithilfe der kollektiven Kopplung der Spins an Strömungswirbel wurde eine elektrische Spannung erzeugt.

    In einem Rohr aus Spezialglas, einer Kapillare mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter, erzeugten die Wissenschaftler Strömungen, indem sie Flüssigmetall mit mehreren Atmosphären Druck durch das Rohr pressten. Die Elektronen in dem Flüssigmetall bildeten so eine Art Gas aus frei beweglichen Ladungen, wobei die gemessenen elektrischen Spannungen Werte von mehreren hundert Nanovolt erreichten. Die Spannungen waren also nur winzig klein, doch sind die Ilmenauer Wissenschaftler zuversichtlich, dass sie in der Lage sein werden, deutlich höhere Spannungen zu erzeugen, wenn sie die Strömungen so optimieren, dass diese größere Wirbelstärken hervorrufen.

    Schon denken die Forscher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik über die nächsten Forschungsschritte nach. Wie kann man die winzige Spannung durch Geometrieeffekte oder nanostrukturierte Oberflächen erhöhen? Kann man die Konfiguration der Strömungswirbel so optimieren, dass die kollektive Dynamik der Elektronenspins verstärkt wird? Könnte die erzeugte elektrische Spannung dadurch erhöht werden, dass mehrere solcher Systeme parallel gelschaltet werden? An der spannenden Schnittstelle zwischen klassischer Physik und Quantenphysik müssen die Forscher Christian Cierpka und Jörg Schumacher noch eine Vielzahl Experimente durchführen, damit wir irgendwann unsere gewohnten Lithiumbatterien durch „spintronische Knopfzellen“ austauschen können.

    Die Experimente wurden im Rahmen des Programms „Experiment! – Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“ von der VolkswagenStiftung mit 120.000 Euro gefördert.

    Link zum Artikel in Physical Review Applied (Open Access):
    https://journals.aps.org/prapplied/pdf/10.1103/PhysRevApplied.14.014002


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Prof. Christian Cierpka
    Institut für Thermo- und Fluiddynamik
    Tel.: +49 3677 69-2445
    Mail: christian.cierpka@tu-ilmenau.de


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Energie, Physik / Astronomie
    überregional
    Forschungs- / Wissenstransfer
    Deutsch


    Foto: © TU Ilmenau


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay