Effektive Wärmeübertragung auf Nanoebene
Vor fast einem Jahrzehnt wurde eine neue höchst effiziente Art der Wärmeableitung entdeckt, nämlich die Wärmeübertragung durch magnetische Reize in Quasi-1D-Quanten-magnetischen Materialien. Die Wärmeleitfähigkeit durch magnetische Reize ist fast genauso effizient wie die herkömmlicher metallischer Materialien bei Raumtemperatur. Darüber hinaus bieten diese neuen magnetischen Verbindungen viele Vorteile beim effektiven Wärmemanagement. Das EU-finanzierte Projekt "Low-dimensional quantum magnets for thermal management" (LOTHERM) konzentrierte sich auf die Verwendung von Quasi-1D-Quantenmagneten, um die Wärme in elektronischen Geräten und Kreisläufen schneller und effektiver abzuleiten. Hierbei wird die Wärme entlang einer Kristallachse abgeleitet und die restlichen Achsen sind wärmebeständig. Außerdem wird die Wärme durch lokalisierte magnetische Momente abgeleitet, die durch magnetische Felder oder Licht beeinflusst werden können. Somit könnte ein elektrischer Isolator mit regelbarer Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur entwickelt werden. Einige einzelne Kristalle höchster Reinheit oder dotierte Varianten mit hoher Wärmeleitfähigkeit (hohe Kappa-Mag-Werte) und niedrigdimensionale Quantenmagneten wie die fünfbeinige Leiterverbindungen wurden gezüchtet und bei hohen Temperaturen getestet. Einzelne Kristalle höchster Reinheit zeigten eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wobei künstliche durch Dotierung eingeführte Störung zu einer drastischen Abnahme der Kappa-Mag-Werte führte. Es wurden auch dünne Schichten dieser Materialien gezüchtet. In der Entwicklung neuer Versuchstechniken für magnetische Leitung und Dynamik wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Projektpartner sammelten Daten zur Wärmeleitfähigkeit von bis zu 800 Kelvin. Um die Wärmeleitfähigkeit von Materialien mit hohen Kappa-Mag-Werten zu bewerten, wurde ein Wärmefluss simuliert und realistische elektronische Geräte charakterisiert. Schließlich erstellte und charakterisierte das Team ein Gerät aus einem Material mit einem hohen Kappa-Mag-Wert, das eine hohe anisotrope Wärmeverteilung auf der Oberfläche aufwies. Dadurch wurde eine Studie über außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeiteigenschaften wie die Fehlverteilung des Wärmeflusses möglich. LOTHERM verwendete Materialien, um die Energie- und Hitzeverteilung auf Nanoebene zu verwalten, und trug zu einem nachhaltigen Wachstum in Europa bei. 1D-Magneten bieten eine einmalige Möglichkeit, den Zustand von Quantenmodellen in Ruhe und bei Betrieb sowie die Interaktion von Quanten- und Wärmeschwankungen zu erforschen.
Schlüsselbegriffe
Wärmemanagement, Quantenmagnet, niedrigdimensional, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeabfuhr, kappa-mag
