Тепло, в больших количествах выделяющееся при работе микропроцессоров и других электронных микросхем, может перейти из разряда проблемы в разряд явления, которое можно будет использовать в полезных целях. Это станет возможным благодаря новому термоэлектрическому эффекту, обнаруженному в наноэлектронных магнитных туннельных структурах исследователями из физико-технического института Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).

Магнитные туннельные устройства используются как ячейки магнитной энергонезависимой памяти MRAM (magnetic random access memory) и в весьма чувствительных магнитных датчиках, которые используются для чтения информации, записанной на пластины жестких дисков. Новый эффект, обнаруженный учеными PTB, позволит контролировать и управлять движением потоков тепла, получающегося в процессе работы полупроводниковых интегральных схем.

Магнитные туннельные устройства состоят из двух слоев магнитного материала, разделенных тонким слоем изоляционного материала. Толщина изолятора, как правило, составляет порядка 1 нм. Этот изолятор выступает в роли магнитного туннельного барьера. Если магнитные моменты атомов вещества обоих слоев параллельны друг другу, то электрическое сопротивление структуры мало за счет проявления туннельного эффекта. Но если магнитные моменты перпендикулярны, то сопротивление весьма высоко, таким образом, изменяя намагниченность материала можно управлять прохождением электрического тока через устройство.

Исследователи из PTB обнаружили, что помимо электрического тока намагниченность материала магнитного туннельного устройства может аналогичным образом влиять и на его тепловую проводимость. Проводя эксперименты, ученые использовали разность между температурами вышеуказанных слоев структуры, что привело к возникновению термо-ЭДС.

Оказалось, что величина термо-ЭДС, которая напрямую зависит от теплового сопротивления материала, сильно меняется при смене ориентации магнитного момента одного из слоев структуры. Поэтому, изменяя намагниченность материала можно легко управлять тепловым сопротивлением и движением теплового потока.

В будущем открытый учеными PTB эффект может быть успешно использован для управления потоками тепла, которое так или иначе вырабатывается во время работы полупроводниковых приборов. Это, в свою очередь, сможет стать основой новых высокоэффективных систем охлаждения и использоваться для преобразования тепловой энергии в электрическую.