Спин-аккумулятор: физики разработали батарею на новом источнике энергии

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

«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.