Thermoelektrika: Ladungs-Kondo-Effekt verbessert Effizienz
19. Januar 2012
Computerprozessoren bestehen aus immer kleineren Komponenten; gleichzeitig steigen ihre Taktraten. Dadurch produzieren sie zunehmend mehr Wärme, die jedoch zuverlässig abgeführt werden muss, um ihre Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Thermoelektrische Materialien, die unter Stromverbrauch ein Wärmegefälle erzeugen, könnten dies leisten, wenn es gelingt, ihre Effizienz zu verbessern.
Neue Erkenntnisse Jülicher Physiker könnten helfen, effizientere thermoelektrische Materialien im Nano-Maßstab zu entwickeln. Die Forscher wiesen nach, dass das physikalische Phänomen des „Ladungs-Kondo-Effekts“ die thermoelektrischen Eigenschaften von Quantenpunkten enorm verbessert.
Quantenpunkte sind kleine Bereiche aus halbleitendem Material, die in einen anderen Halbleiter eingebettet sind. Wegen ihrer geringen Größe treten in ihnen quantenmechanische Effekte auf, die neuartige Materialeigenschaften verursachen. Quantenpunkte lassen sich leicht in Halbleiterdiodenstrukturen für einen elektrischen Betrieb einbetten und sind skalierbar. Dies macht sie für Anwendungen in der Informationstechnologie interessant.
Die Forscher schlagen zudem ein Material vor, in dem sich der bisher nur theoretisch vorhergesagte Ladungs-Kondo-Effekt erstmals realisieren lässt, das Halbleitermaterial Bleitellurid versetzt (dotiert) mit Thallium. Sie fanden heraus, dass Dotierungen von mindestens 0,3 Prozent entartete Energieniveaus zur Folge haben. Elektronenpaare können dann fluktuieren und erzeugen den erwünschten Effekt, der analog zum bekannteren Spin-Kondo-Effekt funktioniert, bei dem magnetische Spins umkippen.
Nachzulesen sind die Ergebnisse in zwei aktuellen Artikeln in den wissenschaftlichen Fachzeitschriften „Physical Review Letters“ und „Physical Review B – Rapid Communications“.
Weitere Informationen:
T. A. Costi and V. Zlatic, Phys. Rev. Lett. 108, 036402 (2012), DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.036402
Vereinfachte Zusammenfassung (auf Englisch)
S. Andergassen, T. A. Costi, V. Zlatic, Phys. Rev. B 84, 241107 (2011), DOI: 10.1103/PhysRevB.84.241107
Peter Grünberg Institut-2: Theoretische Nanoelektronik
Forschungsgruppe “Strong correlations and mesoscopic physics“ an der RWTH Aachen