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Engineering Magneto-ionic Materials for Energy-Efficient Actuation and Sensing: From Interfaces to Multifunctional Voltage-Tunable Micromagnets

Description du projet

Des matériaux intelligents combinant actionnement et détection

Les systèmes magnétiques sont essentiels pour les micro- et nanotechnologies, telles que les applications fluidiques et robotiques. Malgré leur potentiel, d’importantes inefficacités énergétiques entravent leur utilisation. Le recours à des électro-aimants pour générer des champs magnétiques variables dans le temps entraîne des pertes d’énergie joule et de chaleur. Les solutions actuelles se heurtent à de faibles effets magnétoélectriques, limités par une tension élevée ou des températures basses. Le projet ACTIONS, financé par le CER, cherche à relever ces défis en concevant des matériaux magnéto-ioniques qui utilisent des champs électriques au lieu de courants électriques. ACTIONS vise à étendre ces effets des couches minces aux nano-aimants 3D afin d’obtenir un actionnement à faible consommation d’énergie et des propriétés magnétiques programmables. En combinant l’actionnement et la détection dans un seul matériau, ACTIONS envisage des solutions plus intelligentes et économes en énergie qui pourraient transformer les technologies magnétiques et créer une nouvelle classe de matériaux intelligents durables.

Objectif

ACTIONS proposes a material-based concept to drastically reduce the energy consumption of magnet-based micro- and nanotechnologies. Magnetic systems offer unique advantages for actuation in miniature fluidic and robotic systems, but their integration is hindered because electromagnets are required to create time-varying magnetic fields, causing joule energy loss and heat effects. Alternative control of magnetic materials using an electric field instead of electric current would present an energy-efficient solution. However, established magnetoelectric effects are small and restricted to low temperature or high voltage. Recently, we have demonstrated low-voltage control of magnetic films in liquid electrolytes by exploiting electrochemical reactions and ionic motion.
ACTIONS targets the engineering of these emerging magneto-ionic materials to use their immense unexplored potential for low power actuation. The innovative strategy of ACTIONS is to transfer magneto-ionic effects of ferromagnetic metal thin films in liquid electrolytes to 3D nanomagnets and assemblies with defined anisotropy and at critical points. I will use a unique combination of in situ analytical and magnetic techniques to study the magneto-ionic control of magnetization; on this base I plan to attain magneto-ionic micromagnets with voltage-reconfigurable stray fields, which can potentially replace microelectromagnets. Additionally, ACTIONS recognizes the inherent cross-link between electrochemistry and magnetism in magneto-ionic systems as a ground-breaking route to combine actuation and sensing in one material. Interfacial chemistry sensing will be based on the electrical response. The final objective is to identify materials in which actuation and sensing can be programmed on demand by a voltage protocol. The concept in ACTIONS goes beyond conventional multifunctional composites and could establish a paradigm change in magnetic technologies and a novel class of energy-saving smart materials.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITAET CHEMNITZ
Contribution nette de l'UE
€ 1 994 165,00
Adresse
STRASSE DER NATIONEN 62
09111 Chemnitz
Allemagne
Région
Sachsen Chemnitz Chemnitz
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 994 165,00

Bénéficiaires (1)