Campo magnético creado por calor


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Científicos del EPFL han proporcionado la primera evidencia de que es posible generar un campo magnético mediante el uso de calor en lugar de electricidad. El fenómeno se conoce como efecto Seebeck magnético o ‘termomagnetismo’.

Una diferencia de temperatura a través de un conductor eléctrico puede generar un campo eléctrico. Este fenómeno, llamado efecto Seebeck, es la raíz de la termoelectricidad (calor convertido en electricidad), y se utiliza para guiar sondas espaciales y crear generadores termoeléctricos de energía, y podría ser implementado para la recolección de calor en centrales eléctricas, relojes de pulsera y microelectrónica. En teoría, también es posible generar un campo magnético mediante el uso de una diferencia de temperatura a través de un aislante eléctrico (‘termomagnetismo’). Esto ha sido referido como efecto Seebeck magnético, y tiene enormes aplicaciones para la electrónica del futuro, como dispositivos de estado sólido y transistores magnéticos de efecto túnel. En un avance en la revista Physical Review Letters ascendido a Sugerencia del Editor, científicos del EPFL parecen haber predicho y verificado por primera vez experimentalmente la existencia del efecto Seebeck magnético.

El termomagnetismo se genera cuando los electrones de un conductor eléctrico se mueven como respuesta a un gradiente de temperatura -efecto Seebeck (termoeléctrico) – llamado así después de que Thomas Johann Seebeck lo observara por primera vez en 1821. En promedio, los electrones en el lado caliente del conductor tienen más energía cinética y, posteriormente, se mueven a velocidades más altas que los electrones en el lado frío. Esto hace que se difundan desde el lado caliente al lado frío, generando un campo eléctrico que es directamente proporcional al gradiente de temperatura a lo largo del conductor.

Mediante el uso de un aislante eléctrico en lugar de un conductor, los investigadores dirigidos por Jean-Philippe Ansermet del EPFL han demostrado que el efecto Seebeck magnético también existe. Debido a que un aislante no permite que los electrones fluyan, un gradiente de temperatura no causa que los electrones se difundan. En su lugar, afecta a otra característica de los electrones que forma la base de magnetismo y se conoce como ‘espín’.

En un aislante, un gradiente de temperatura altera la orientación del espín de los electrones. Bajo ciertas condiciones, esto genera un campo magnético que es perpendicular a la dirección del gradiente de temperatura. Similar a lo que la termoeléctrica se ha descrito anteriormente, la intensidad del campo termomagnético es directamente proporcional al gradiente de temperatura a lo largo del aislador.

El uso de un material aislante llamado YIG  (itrio y hierro gránate), el co-autor del artículo Antonio Vetrò examinó la propagación de las ondas de magnetización a lo largo de ello. Lo que encontró fue que la dirección de las ondas magnéticas se propagan a lo largo del aislador afectando al grado de pérdida de magnetización – un fenómeno llamado amortiguación magnética. Cuando la dirección de las olas coincide con la orientación del gradiente de temperatura a lo largo del YIG, la amortiguación de la magnetización se reduce; cuando se propagan a la dirección opuesta, la amortiguación magnética aumentó

El efecto Seebeck magnético combina tres campos distintos de la física: la termodinámica, la mecánica de medios continuos y el electromagnetismo. La dificultad radica en que, hasta ahora, nadie había encontrado nunca una forma de unificarlos consistentemente. Siguiendo esto, Bréchet Sylvain autor trabajó sobre la obra de Ernst Stückelberg (1905-1984), un famoso físico suizo que había desarrollado previamente un formalismo termodinámico para su enseñanza. Fuera de los cientos de ecuaciones que Bréchet produce, uno de ellos predice que un gradiente de temperatura debería generar un campo magnético.

Aunque se encuentra en una etapa temprana, este descubrimiento abre nuevos enfoques para abordar la amortiguación magnética. Esto podría tener un tremendo impacto en los futuros dispositivos basados ​​en la espintrónica (Premio Nobel 2007), un campo de tecnología emergente que ofrece una alternativa a la electrónica tradicional. En los dispositivos de espintrónica, la transmisión de señales se basa en la rotación de los electrones en lugar de su carga y movimiento. Por ejemplo, el campo de la espintrónica está considerando ahora recoger el calor residual procedente de los microprocesadores utilizados en ordenadores personales.

Enlace original: Scientists generate magnetic field by using heat instead of electricity

 

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