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      結(jié)合自旋電子學(xué)和量子熱力學(xué)在室溫下收集能量
      
			
      
				2019-10-04 11:09:09
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      當(dāng)今充滿能源需求的全球社會正努力解決如何減輕人為氣候變化的影響以及在何種條件下進行自愿/強制性適應(yīng)。當(dāng)前的無化石燃料技術(shù)似乎不足/不足以應(yīng)對這一艱巨的挑戰(zhàn)。因此，從技術(shù)角度出發(fā)應(yīng)對這一挑戰(zhàn)很可能需要成熟的，大膽的，可以在技術(shù)上快速跟蹤的新物理概念。
      

      結(jié)合自旋電子學(xué)和量子熱力學(xué)在室溫下收集能量
      

      CNRS的一個國際科學(xué)團隊，法國的斯特拉斯堡大學(xué)和法國的洛林大學(xué)，以及瑞典的烏普薩拉大學(xué)，在兩個相互分離的研究領(lǐng)域之間鮮為人知/文獻記載的交集中偶然發(fā)現(xiàn)了一個這樣的概念。自旋電子學(xué)包括利用電子的量子自旋特性的下一代低功耗電子產(chǎn)品。因此，它主要涉及信息存儲/通信技術(shù)。量子物理學(xué)/熱力學(xué)旨在重新審視當(dāng)物質(zhì)被限制在納米尺度以展現(xiàn)量子特性時的熱力學(xué)規(guī)則，從而了解量子引擎是如何工作的。
      

      該小組的實驗和分析表明，有可能組裝一個發(fā)電機，該發(fā)電機利用電子自旋來收集室溫下的熱波動。參考發(fā)動機的示意圖，環(huán)境溫度的收集發(fā)生在順磁(PM)中心-原子級磁體，其取向會因熱而波動。發(fā)動機的電極稱為自旋電子選擇器，僅允許旋轉(zhuǎn)一圈(紅色為↑，藍色為↓)的電子進行傳導(dǎo)。由于熱量將在PM中心(中部)上的電子自旋與能量分離的自旋能級混合在一起，因此PM中心與電極之間的傳輸(黃線)在每個電極的能量級不同時發(fā)生。這導(dǎo)致自發(fā)的偏置電壓V出現(xiàn)在電極之間，
      

      該團隊利用分析和從頭算原理在自旋引擎概念和稱為電磁隧道結(jié)(MTJ)的固態(tài)自旋電子器件的室溫實驗之間建立了聯(lián)系。在此，鐵磁性金屬Co和碳原子之間的界面被用作自旋電子選擇器，而碳原子取代了MgO隧道勢壘中的氧原子作為PM中心。
      

      根據(jù)實驗，如果可以以高成功率批量生產(chǎn)此類設(shè)備，那么在下一代存儲器中當(dāng)前的MgO MTJ密度下，這種概念可以產(chǎn)生連續(xù)產(chǎn)生功率的芯片，其單位功率密度比其功率密度大3倍。地球上原始的太陽輻射?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是確認該發(fā)動機運行的某些基本方面，通過在原子級別上控制合適的固態(tài)設(shè)備中PM中心的位置和屬性，以實現(xiàn)設(shè)備可再現(xiàn)性，以實現(xiàn)CMOS后端集成(例如，感謝到MgO MTJ技術(shù)的現(xiàn)有進展)，管理諸如熱流和互連損耗之類的工程問題，并大大降低了最終芯片的單位面積成本。
      

      要使用這樣的技術(shù)解決方案在GIEC確定的11年期限內(nèi)避免氣候災(zāi)難，將需要一項大規(guī)模，專注的工作，類似于在曼哈頓項目中部署的工作，將已經(jīng)從事MTJ-工作的科學(xué)家，政策制定者和工業(yè)合作伙伴結(jié)合起來基于自旋電子技術(shù)。該網(wǎng)站正在建設(shè)中的項目將有助于溝通。作為一種希望，從1986年至1988年自旋電子學(xué)的發(fā)現(xiàn)到首批商業(yè)化產(chǎn)品的生產(chǎn)僅用了七到九年的時間。如果解決氣候危機的方法是采用新技術(shù)，那么從現(xiàn)在開始，應(yīng)該緊迫地考慮那些可以在技術(shù)上快速追蹤的全新物理概念，這些緊迫性和優(yōu)先事項是氣候災(zāi)難的風(fēng)險預(yù)兆。
      
			

			
        
      
			
      
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