20/02/2013 - Neue Technologie der magnetischen Kühlung von Chips

Menéame

Der Forscher Luis Knochen CIC NanoGUNE, zusammen mit Forschern aus der Universität Cambridge, unter anderem, hat eine neue Technologie der Chip-Magnet-Kühlung entwickelt, basierend auf der Materialspannung.

Dieser Fortschritt ermöglicht geringere Auswirkungen auf die Umwelt als die heutigen Technologien. Die Arbeit wurde vor kurzem in der renommierten Zeitschrift Nature Materials.

Die derzeitigen Kühlsysteme, sei es Kühl-, Gefrier- oder Klimaanlagen, nutzen die Kompression und Erweiterung eines Gases. Wenn das Gas komprimiert wird, geht es in den flüssigen Zustand über und verdampft wieder. Um sich zu verdampfen, braucht es Wärme, er nimmt es aus dem Medium heraus, das er berührt, und er kühlt es ab. Dieses System ist jedoch schädlich für die Umwelt, und die verwendeten Kompressoren haben nur geringe Effizienz.

Eine der wichtigsten Alternativen, die derzeit untersucht werden, ist die magnetische Kühlung. Es handelt sich statt Gas um den Einsatz eines magnetischen Materials und nicht um Kompressions-Expansionszyklen, Magnetisierungs-Demagnetisierungszyklen. Die magnetische Kühlung ist eine Technik, die auf dem magnetokalen Effekt basiert, d. h. auf den Eigenschaften, die einige Materialien besitzen, um ihre Temperatur zu verändern, wenn ein Magnetfeld auf sie angewendet wird. Die Anwendung eines Magnetfeldes führt jedoch zu vielen Problemen bei den heutigen Miniatur-Technologien (elektronische Chips, Computerspeicher...), da das Magnetfeld durch das Handeln auf nahegelegene Laufwerke negativ beeinflusst werden könnte. In diesem Sinne ist die Suche nach neuen Wegen zur Steuerung der Magnetisierung von grundlegender Bedeutung.

Magnetismus ohne Magnetfelder

Forscher Luis Knochen, Andreas Berger und Odrej Hovorka von nanoGune haben herausgefunden, dass man mit der Spannung der Materialien Probleme bei der Anwendung eines Magnetfeldes vermeiden kann. "Das Material wird gelockert und entspannt, eine ähnliche Wirkung entsteht wie das Magnetfeld, wodurch der für die Kühlung verantwortliche magnetokalische Effekt ausgelöst wird," erklärt Luis Knochen, Leiter der Nano-Geräte-Gruppe bei NanoGUNE und Forscher der Studie.

"Diese neue Technologie ermöglicht es uns, eine lokale und kontrollierte Kühlmethode zu haben, ohne die anderen Geräte zu stören und im Einklang mit der Tendenz zur Miniaturisierung von Technologiegeräten," fügt Knochen hinzu.

Es wurden Filme von etwa 20 Nanometern entwickelt, die aus Lanthan, Calcium, Mangan und Sauerstoff (La_0.7Ca_0.3MnO₃). "Das Ziel dieses Forschungsbereichs ist es, effiziente, wirtschaftliche und umweltfreundliche Materialien zu finden."

 "Die Idee entstand an der University of Cambridge, und zwischen verschiedenen Gruppen aus dem Vereinigten Königreich, Frankreich, der Ukraine und dem Baskenland haben wir das richtige Material und eine effiziente Technik für die Kühlung von elektronischen Chips, Computerspeichern und all diesen Anwendungen der Mikroelektronik bereitgestellt. Es gäbe technisch gesehen keine Barriere für den Einsatz in Kühl-, Gefrier- usw., aber derzeit wird es aufgrund der Größe wirtschaftlich nicht ausgeglichen," betont Knochen.

Heute wird der Großteil des Geldes auf den großen Datenservern in den Kühlschrank gestellt. Daher könnte diese neue Technologie bei solchen Anwendungen wirksam sein. Ebenso ist eine der großen Einschränkungen, die die Computerprozessoren heute haben, dass sie nicht so schnell gehen können, wie sie wollen, weil sie sich leicht erwärmen. "Wenn wir sie richtig abkühlen können, wären sie effizienter und könnten schneller arbeiten," fügt Bones hinzu.

Dr. Knochen betont, dass dies ein sehr interessantes Thema für zukünftige Patente sei.

Luis Knochen

Luis Knochen (Madrid, 1974) ist Forscherin Ikerbasque und Leiter der Nanogerätegruppe bei NanoGUNE. Er ist Doktor der Physik an der Universität von Santiago de Compostela. Zwischen 2002 und 2005 war Marie Curie Stipendium an der Universität Cambridge, wo sie ein Projekt zum Transport von Spin in Kohlenstoffnanotuves entwickelte. 2006 zog er in den Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italien) und wurde 2007 zum Professor an der Universität Leeds ernannt. Seit 2008 setzt Luis Knochen seine wissenschaftliche Forschung in der Nano-GUNE-Gruppe fort und erforscht Materialien und Funktionen, um neue elektronische Geräte entwickeln zu können, die eine Revolution im Vergleich zu bestehenden, Silizium-basierten Geräten darstellen und die nahe an ihrer Kapazitätsgrenze liegen könnten. Gerade diese Aufgabe ermöglichte es ihm, 2012 das renommierte Starting Grant-Stipendium zu erhalten, das der Europäische Forschungsrat im Wert von 1,3 Millionen Euro gewährt.

Bezug Veröffentlichung

X.Moya, L.E. Hueso, F. Maccherozzi, A.I. Tovstolytkin, D.I. Podyalovskii, C. Ducati, L.C. Phillips, M. Ghidini, O. Hovorka, A. Berger, M.E. Vickers, E. Defay, S.S. Dhesi and N. D. Mathur. Giant and reversible extrinsic magnetocaloric effects in La0.7Ca0.3MnO3 films due to strain. Nature Materials. DOI: 10.1038/NMAT3463.
 

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