Исследователи Университета Майами (University of
Miami), США и двух университетов Японии – Университета Токио
(University of Tokyo) и Университета Тохоку (University of Tohoku)
доказали существование «спин-батареи», то есть батареи, которая может
быть «заряжена» приложением большого магнитного поля к наномагнитам в
устройстве, известном как туннельное магнитное соединение (ТМС).
Новая технология – это шаг вперед – к созданию компьютерных хард
дисков без движущихся частей, что означает более быстрые, менее шумные
и дорогие хард-драйвы, да к тому же еще и потребляющие меньше энергии,
чем существующие на сегодня. Новый тип батареи может оказаться
перспективным для создания даже автомобильных аккумуляторов.
Устройство, созданное проф. физики из Университета Майами Стюартом
Барнсом (Stewart E. Barnes) и его коллегами, может запасать энергию в
магнитах, а не в химической реакции. Как заводной игрушечный
автомобиль, спин-батарея может быть «заведена» приложением сильного
магнитного поля. По мнению проф. Барнса, это устройство потенциально
лучше всего, что до сих пор было придумано в области аккумуляторов
электроэнергии. По словам проф. Барнса, ученые предполагали увидеть
эффект, но не ожидали, что устройство будет генерировать столь высокое
напряжение – в сотни раз выше расчетного – и будет держать его в
течение десятков минут, а не нескольких миллисекунд, как это
предполагалось. В результате именно отличие экспериментальных данных от
теоретических предпосылок и привело ученых к пониманию происходящих
процессов. Результаты разработки опубликованы в журнале Nature.
«Секрет» этой технологии физически объясняется следующим
простым образом – наномагниты индуцируют электродвижущую силу (ЭДС).
ЭДС – физическая величина, характеризующая работу сторонних
(непотенциальных) сил в источниках тока. Собственно говоря, эта
технология использует те же самые принципы, что работают и в
традиционных батареях, за исключением того, что это происходит в более
прямом виде. Энергия, которая накапливается в батарее- будь то телефон
или электромобиль, находится в химической форме. Когда прибор включают,
происходит химическая реакция, в результате которой образуется
электрический ток. По описанной же технологии энергия магнитного поля
напрямую превращается в электрическую энергию, без какой-либо
химической реакции. Электрический ток, возникающий в этом процессе,
называют спин-поляризованный ток, который известен в новой технологии,
которая получила название спинтроника.
Верхняя часть рисунка – общая схема устройства спин-батареи. Диаметр
примерно равен толщине человеческого волоса. Нижняя часть представляет
собой увеличенное изображение центральной части. Белые пятна – атомы, а
белые кружки – наномагниты, «рабочая» часть устройства (Изображение:
Pham Nam Hai)
Данное открытие продвигает вперед наше понимание того, как
работают магниты, откуда следует возможность прямого применения
эффектов ТМС в электронных элементах, которые работают совершенно не
так, как традиционные транзисторы. Несмотря на то, что существующее
устройство имеет диаметр, соизмеримый с диаметром человеческого волоса,
и не сможет активировать даже светодиод, в принципе, энергии, которая
может быть накоплена подобным образом, в будущем будет хватать на
многомильный пробег автомобиля. Как считает проф. Барнс, возможности технологии неисчислимы.
Евгений Биргер |
