04/06/2013 - Erste Schritte zum Erstellen von magnetischen Mikrochips zur Kühlung bei niedrigen Temperaturen

Menéame

Sie zeigen zum ersten Mal, dass eine Magnetmolekül hält seine hohe "integr" Kühlkapazität bei der Befestigung an einer Fläche. Das wissenschaftliche Magazin "Advanced Materials" veröffentlicht auf seiner Titelseite die Forschungsarbeiten des ICMA, der INA und des Dienstes für physikalische Messungen der Universität Zaragoza

Las Weltraummissionen aus der Zukunft Sie ersetzen den Start großer Kühlgeräte bei niedrigen Temperaturen durch Mikrochips mit derselben oder größerer Kapazität, aber kostengünstiger und nachhaltiger. Und das Gleiche wird auch in Cryogenie-Labors oder niedrigen Temperaturen passieren. Diese Mikrochips können als Kühlplattformen für alle Arten von Geräten verwendet werden, die bei Temperaturen in der Nähe von Null absolut, wie Röntgen- und Gamma-Detektoren in Astronomie, Instrumente für physikalische Messungen in der Materialwissenschaft oder Sicherheitsinstrumente.

Forscher verschiedener Forschungsinstitute in Saragossa und Barcelona haben die ersten Schritte unternommen, um diese "zygenen" Mikrochips zu erreichen. Zum ersten Mal haben sie ein magnetisches Molekül gefunden... Gadoliniumtetrahydrat-- in der Lage ist, an einem anderen Material wie Silizium festzuhalten, wobei seine magnetischen und Kühleigenschaften bei niedrigen Temperaturen zu halten sind. Dieser Schritt, an einem anderen Material festzuhalten, ohne seine Eigenschaften zu verlieren, ist für die Entwicklung neuer Geräte von entscheidender Bedeutung. Die Kühlgeräte sind heute sperrig und teuer und werden künftig durch Geräte von der Größe eines Nagels mit sofortiger Anwendung bei allen Experimenten mit niedrigen Temperaturen, wie etwa Raummissionen, ersetzt.

Diese Vorteile erklären Marco Evangelisti, Forscher Institut für Aragón-Materialwissenschaften (ICMA), ein gemischtes Universitätsinstitut der UC und des CSIC, an dem er seit vier Jahren arbeitet und das diese Studie koordiniert hat, an der Wissenschaftler aus dem Institut für Nanowissenschaften von Aragonien (INA) und Dienst für physikalische Maßnahmen (SMF)von der Universität Saragossa. In dieser Herausforderung wurde das Material ausgewählt, das Gadoliniumtetrahydrat, ein molekulares Material mit einfacher Struktur. In einer früheren Studie haben die gleichen Forscher gezeigt, dass das Material einen magnetokalen Effekt (MCE, englisch "magnetocaloric effect") hat, der sogar noch größer ist als bei magnetischen Legierungen und Nanopartikeln, die bisher als Kühlmittel mit sehr niedrigen Temperaturen verwendet wurden.

In dieser Arbeit, in Zusammenarbeit mit Forschern der Forschungszentrum für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (CIN2) in Barcelona hat es diesem Team gelungen, diese Moleküle auf Silizium (das ideale Material für die Herstellung von Mikrochips) zu deponieren und ihren Magnetismus auf der Oberfläche bei Temperaturen des Flüssigheliums (4.2 Kelvin) zu messen. Das Ergebnis lässt keinen Zweifel aufkommen: Der Depositionsprozess verändert die ausgezeichnete Kühlleistung der Moleküle nicht. Diese Arbeit wurde gerade in der wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht. Advanced Materials, wo er auch in der Titelseite.

Diese Untersuchung wurde auch durch die Magnetische Kraftmikroskope (MFM), in der Lage, sehr niedrige Temperaturen zu betreiben, die das ICMA vor kurzem erworben hat. Die Nutzung dieses ausgefeilten Instruments wird von der SMF des Allgemeinen Forschungsunterstützungsdienstes (GFS) von der Universität Saragossa. Die Forscher haben sogar geprüft, wie diese Moleküle an Silizium gebunden sind. "Es werden sehr feine Ablagerungen von wenigen Nanometern erzeugt, von denen wir das Magnetsignal bei niedrigen Temperaturen gemessen haben, dank des Magnetkraftmikroskops, das bis zu 2 Kelvin, zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt messen kann," so Evangelisti. 

Die Entwicklung neuer Technologien auf der Grundlage von mikrometrischen Geräten (Mikrochips), in der Lage, die komplexen und großen Geräte, die derzeit verwendet werden, zu ersetzen, ist einer der wichtigen Bereiche der Physik mit sehr niedrigen Temperaturen.

In diesem Wettlauf konkurrieren verschiedene Technologien, von denen er besonders hervorhebt Magnetkälte auf der Grundlage molekularer Magnetmaterialien. Alle magnetischen Materialien zeigen ein Phänomen, bekannt als die magnetokale Wirkung, der zufolge die Temperatur als Reaktion auf die Anwendung eines externen Magnetfeldes variiert. Die Magnetmoleküle Sie bilden eine neue Materialklasse, die auf molekularer Ebene eigene Eigenschaften aufweist, wie z. B. eine außergewöhnlich hohe magnetokale Wirkung im Temperaturbereich nahe der absoluten Null.

Eine weitere Besonderheit des molekularen Charakters ist seine Vielseitigkeit, die "Ankerplatz" Moleküle auf einer Oberfläche, die dünne oder einfarbige Ablagerungen bilden. Dies ist ein obligatorischer Schritt zur Gewinnung von Kühlmikrochips, die die Funktionalität solcher Materialien nutzen können. Bislang gab es jedoch keinen experimentellen Beweis dafür, daß die Moleküle nach dem Einlagern ihre magnetischen Eigenschaften und damit ihre Abkühlungsfähigkeit bewahrten.

 Referenzen.

"Surface-confined molekular coolers for cryogenics," G. Lorusso, M. Jenkins, P. González-Monje, A. Arauzo, J. Sesé, D. Ruiz-Molina, O. Roubeau, M. Evangelisti, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201370135/abstract

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