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Magnetfeldabhängigkeit des thermoelektrischen Wirkungsgrades von Co/Cu Multilagen

22.11.2013

Die Magnetisierungsumkehr in magnetischen Multilagen ändert nicht nur den elektrischen Widerstand, sondern auch den thermoelektrischen Wirkungsgrad.

Magnetische Dünnschichtmaterialien zeigen eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstands vom äußeren angelegten Magnetfeld. Ein besonders ausgeprägter Effekt ist dabei der sogenannte Riesen-Magnetowiderstand. Seine Entdeckung hat zu vielfältigen Anwendungen in der Sensorik und Datenspeicherung geführt.

Aktuell konzentrieren sich die Forschungen an Magnetowiderstands-Systemen auf die Untersuchungen ihrer thermoelektrischen Eigenschaften. Durch thermoelektrische Effekte könnte zum Beispiel die Abwärme elektrischer Geräte wieder in nutzbaren elektrischen Strom umgewandelt werden. Der thermoelektrische Wirkungsgrad eines Materials oder eines thermoelektrischen Generators ist die wichtigste Größe bei zukünftigen Anwendungen. Er gibt an, wie effizient die thermische Energie in nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Im Rahmen des EMRP-Projekts SpinCal konnte nun an der PTB erstmals die Magnetfeldabhängigkeit des thermoelektrischen Wirkungsgrades einer Co/Cu Multilagenschicht experimentell bestimmt werden (Abbildung). Obwohl der Riesen-Magnetowiderstand dieses Materials sich bei angelegtem Magnetfeld nur um etwa 30 % änderte, wurde eine gleichzeitige Änderung der thermoelektrischen Effizienz von bis zu 50 % nachgewiesen. Derartige Effekte könnten in Zukunft die Entwicklung durch Magnetfelder schaltbarer thermoelektrischer Generatoren ermöglichen.

 

 

Bild: Mikrostrukturierte Co/Cu-Multilagenprobe. Die Probe wurde in einen Streifen (Mitte) mit angeschlossenen elektrischen Kontakten (1-8) strukturiert. Durch seitliches Heizen wurde eine Temperaturdifferenz über den Streifen erzeugt und die thermoelektrischen Eigenschaften gemessen. Der Farbbalken verdeutlicht die Temperaturverteilung im Streifen.

 

 

 

 

Ansprechpartner: X. Hu
Fachbereich 2.5: Halbleiterphysik und Magnetismus