Optimierung von verschiedenen Strategien für die Entwicklung eines Energieharvesters basierend auf Spin-Torque-Dioden

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Dmitry Berkov
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449602202

Die stetig wachsende Nachfrage nach billiger und grüner Energie hat eine rasche Entwicklung von so genannten "Energy Harvesting"-Geräten zur Erzeugung von Gleichstrom aus der in der Umgebung fast immer vorhandenen Mikrowellenstrahlung aus verschiedenen Quellen wie Fernseh- und Mobilfunknetzen, Wi-Fi-Routern usw. ausgelöst. Die Energiedichte dieser Strahlung reicht von 1 bis 1000 nW/cm^2, so dass die entsprechende Technologie erfolgreich für Anwendungen mit geringer Leistung eingesetzt werden konnte (Digitalthermometer, Rauchmelder, einige Sensortypen in der Medizin usw.). Das Hauptziel dieses Projekts ist die Optimierung verschiedener Designs für solche Energy Harvester auf der Basis von Spin-Torque-Dioden, d.h. Geräte, bei denen Gleichspannung erzeugt wird, wenn ein Wechselstrom durch einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) fließt. Mit Hilfe von Computersimulationen beabsichtigen wir, die drei Haupttypen von MTJ-basierten Nanosystemen zu untersuchen und zu optimieren: (i) "Standard"-MTJ-Nanosäulen des resonanten Typs, die quasi-homogene Magnetisierungsoszillationen in der Schichtebene (‚in-plane‘) aufweisen; (ii) MTJs im Präzessionsregime senkrecht zur Schichtebene (‚out-of-plane‘) für die Breitbandrektifikation und (iii) Mehrlagenschichte mit der speziell entworfenen Schichtform in der Ebene, wo Oszillationen der Domänenwände (DWs) auftreten können.Als Ergebnisse dieses Projekts erwarten wir die Bestimmung optimaler geometrischer und magnetischer Parameter für alle drei oben aufgeführten Arten von Energie-Harvestern auf Spin-Drehmoment-Basis und die realistische Vorhersage der maximal möglichen Effizienz der Rektifikation unter tatsächlichen Umgebungsbedingungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen