Um bei der Stromrechnung nach Weihnachten keine böse Überraschung zu erleben, ist es sinnvoll, den Energieverbrauch von elektrischen Leuchtdekorationen genau im Auge zu behalten. Ein etwa 20 Meter langer Lichtschlauch mit herkömmlichen Leuchtmitteln benötigt beispielsweise rund 300 Watt. Eine Kilowattstunde kostet momentan im Durchschnitt rund 0,27 Cent – Tendenz steigend. Leuchtet der Schlauch dieses Jahr vom ersten Advent bis zum Dreikönigstag am 6. Januar täglich acht Stunden, dann sind das circa 24 Euro. Ein vergleichbarer LED-Lichterschlauch verbraucht im gleichen Zeitraum nur knapp 8 Euro.
Leuchtdioden sind mit Abstand am sparsamsten. Sie verbrauchen bis zu 85 Prozent weniger Energie als herkömmlicher Lichterschmuck. Allerdings kosten vergleichbare Produkte mit LEDs in der Anschaffung um einiges mehr. „Die Investition lohnt sich auf jeden Fall, da LED-Lichterschmuck äußerst langlebig ist und bei Qualität und Sicherheit ausgesprochen gut abschneidet“, so Thomas Haupt, Experte für Produktsicherheit bei TÜV Rheinland. Ein Transformator reduziert zusätzlich die Steckdosenspannung erheblich und macht die Beleuchtung sicher.
Beim Kauf auf GS-Zeichen und Sicherheitshinweise achten
Generell ist es empfehlenswert, Lichterschmuck nur bei vertrauenswürdigen Händlern zu kaufen. Auf der Verpackung müssen Sicherheitshinweise in der jeweiligen Landessprache ebenso vermerkt sein wie Name und Adresse des Herstellers. Ein verlässlicher Hinweis für geprüfte Sicherheit ist das GS-Zeichen. Dieses steht für geprüfte Sicherheit und wird auch von TÜV Rheinland vergeben. Soll die Beleuchtung im Freien zum Einsatz kommen, ist zusätzlich auf das Kürzel IP 44 für Wetterfestigkeit zu achten.
Die Physiker der Universität Bielefeld experimentieren mit Nanoschichten auf Chipträgern (Bild). Die Schichten bestehen aus magnetischen Isolatoren, also Material, das keinen oder nur wenig elektrischen Strom leitet. Foto: Universität Bielefeld
Die Fakultät für Physik der Universität Bielefeld ist künftig an vier statt drei Projekten des Schwerpunktprogramms „Spin Caloric Transport“ (SpinCaT) der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt. Die Wissenschaftler der Universität Bielefeld arbeiten an den physikalischen Grundlagen, um magnetische Signale mit Wärme zu erzeugen. Langfristig könnten auf der Basis zum Beispiel energiesparende Computer entwickelt werden. 2011 startete das Schwerpunktprogramm SpinCaT, das jetzt in die zweite Förderungsphase geht. Die SpinCaT-Forschung in Bielefeld wird mit insgesamt 800.000 Euro gefördert. Angesiedelt ist sie am „Center for Spinelectronic Materials and Devices“ (CSMD, Zentrum für Spinelektronische Materialien und Geräte).
Dr. Timo Kuschel ist zuständig für eines der neuen Projekte im Schwerpunktprogramm „SpinCaT“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Foto: Universität Bielefeld
Elektronen besitzen einen Eigendrehimpuls, der sich Elektronenspin nennt. Dieser sorgt dafür, dass sich Elektronen wie kleine Magnete verhalten. Auch wenn sie ihre Position beibehalten, können sie ihren Elektronenspin an benachbarte Elektronen weitergeben.
Neuerdings kann der Transport dieser Elektronenspins gezielt mit Wärme ausgelöst werden. „Wärme fällt oft als Abfallprodukt an – zum Beispiel als Betriebsabwärme im Computer“, sagt Professor Dr. Günter Reiss. „Wir wollen Verfahren entwickeln, die Wärme nutzen, um Elektronenspins gezielt zu steuern“. Reiss leitet die Arbeitsgruppe „Dünne Schichten und Physik der Nanostrukturen“ im CSMD, die in vier von insgesamt rund 30 Projekten des Schwerpunktprogramms „SpinCaT“ forscht.
Moderne Elektronik basiert auf Elektronentransport, der durch elektrische Spannung erzeugt wird. Beim elektrischen Strom bewegen sich die Elektronen also durch einen elektrischen Leiter, etwa einen Kupferdraht. Die Bielefelder Physiker wollen aber den Elektronenspin verwenden und nicht den Transport der Elektronen selber, um neuartige Schaltungen zu bauen, die vielleicht sogar durch Wärme betrieben werden können. Der Transport von Elektronenspins geschieht, ohne dass die Elektronen sich selber bewegen.
Nur der Eigendrehimpuls wird von Elektron zu Elektron weitergegeben. Da also kein elektrischer Strom für so einen „Spinstrom“ nötig ist, können diese magnetischen Signale auch in Material erzeugt und weitergegeben werden, das keinen oder nur wenig elektrischen Strom leiten kann. „So entsteht ein reiner Spinstrom, bei dem Elektronenspins ohne elektrischen Strom übermittelt werden können“, sagt Reiss. Die Physiker nutzen dafür magnetische Isolatoren. Zu ihnen gehören zum Beispiel ultradünne Schichten, die aus Nickelferrit oder Eisengranat bestehen.
Dieses Prinzip kann verwendet werden, um beispielsweise Computerdaten zu übertragen. Computer nutzen die Werte „0“ und „1“ als Zahlensystem, um zu rechnen und Daten zu speichern. Der Eigendrehimpuls des Elektrons kann ebenfalls zwei bestimmte Richtungen haben. Um Computerdaten also per Elektronenspin zu übermitteln, wird eine Drehimpulsrichtung als „0“ festgelegt und die andere als „1“. Weil die Elektronen sich selber in isolierenden Materialien nicht fortbewegen, verbraucht die Übertragung von Daten auf diese Art weitaus weniger Energie als der herkömmliche Elektronentransport. „Computer, die mit solchen Spin-Schaltkreisen arbeiten würden, sparen also von vornherein Energie. Sie könnten zudem nicht benötigte Wärme nutzen, um den Spin-Transport zu steuern“, sagt Dr. Timo Kuschel. Der Physiker gehört zur Arbeitsgruppe von Günter Reiss und leitet mit dem Professor und seinen Bielefelder Kollegen Dr. Andy Thomas und Dr. Jan-Michael Schmalhorst Projekte im SpinCaT-Programm.
Die Wissenschaftler der Universität Bielefeld konzentrieren sich auf die Grundlagenforschung zur Erzeugung und Manipulation von Spinströmen mit Wärme. Dafür entwickeln sie extrem dünne Schichten, die sie als magnetische Isolatoren einsetzen. Diese Nanoschichten analysieren sie mit einem Synchrotron, einer besonderen Art von Teilchenbeschleuniger. Dafür besuchen sie Forschungseinrichtungen in Hamburg, Berlin, Grenoble (Frankreich) und Berkeley (USA). Für die Forschung in den SpinCaT-Projekten kooperieren sie zudem mit Arbeitsgruppen aus München, Regensburg, Braunschweig, Greifswald, Alabama (USA) und Sendai (Japan). Auf Einladung der Fakultät für Physik diskutierten Anfang Oktober rund 20 Physiker aus vier Ländern auf einer Tagung in der Universität Bielefeld über ihre Messungen und Analysen zu thermisch generierten Spinströmen.
