Cooling a nanoscale device by a spin-polarized nonequilibrium current

通过自旋极化非平衡电流冷却纳米级器件

基本信息

项目摘要

The ongoing miniaturization of electronic devices and the concomitant increase of the processing speed pose perpetual challenges to the cooling of technological devices. On the macroscale, demagnetization cooling based on magnetocaloric effects in bulk materials is a successful tool to remove undesired heat from an object. In this proposal, we transfer the basic idea to the nanoscale by exploring the quantum mechanical exchange coupling of a spin-polarized electron current in a quantum transport set-up to the local magnetization of a magnetic nanoobject to be cooled. Since inevitable electric losses in the transport set-up give rise to Ohmic heating, the nonequilibrium dynamics of local phonon modes has to be addressed on the same footing such that a net cooling results. This project aims at working out the details of such a “nanorefrigerator” which is expected to work under nonequilibrium conditions, presumably at an optimal working point. Under such conditions, both of the countercurrent effects of the spin cooling and the Ohmic heating can be expected to be optimally under control.
电子设备的不断小型化以及随之而来的处理速度的提高对技术设备的冷却提出了永久的挑战,在大块材料中基于磁热效应的退磁冷却是消除物体中不需要的热量的成功工具。在这个提议中,我们通过探索量子传输装置中自旋极化电子流与待冷却磁性纳米物体的局部磁化的量子力学交换耦合,将基本思想转移到纳米尺度。由于传输装置中不可避免的电损耗会引起欧姆加热,因此必须在相同的基础上解决局部声子模式的非平衡动力学问题,以便产生净冷却结果。 “纳米制冷机”预计在非平衡条件下工作,大概在最佳工作点,在这种条件下,旋转冷却和欧姆加热的逆流效应都可以得到最佳控制。

项目成果

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Exploiting the magnetomechanical interaction for cooling magnetic molecular junctions by spin-polarized currents
利用磁力相互作用通过自旋极化电流冷却磁性分子结
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/18/2/023026
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    J. Brüggemann;S. Weiss;P. Nalbach;M. Thorwart
  • 通讯作者:
    M. Thorwart
Spin vibronics in interacting nonmagnetic molecular nanojunctions
相互作用的非磁性分子纳米结中的自旋电子学
  • DOI:
    10.1103/physrevb.92.045431
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    S. Weiss;J. Brüggemann;M. Thorwart
  • 通讯作者:
    M. Thorwart
Cooling a magnetic nanoisland by spin-polarized currents.
通过自旋极化电流冷却磁性纳米岛
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.113.076602
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    J. Brüggemann;S. Weiss;P. Nalbach;M. Thorwart
  • 通讯作者:
    M. Thorwart
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