Исследовательская группа из NIMS и UTokyo предположила и продемонстрировала, что поперечное магнито-термоэлектрическое преобразование в магнитных материалах может быть использовано с гораздо более высокой эффективностью, чем ранее, путем разработки искусственных материалов, состоящих из попеременно и наклонно уложенных слоев магнитного металла и полупроводника.
Работа опубликована в журнале Nature Communications.
При приложении к магнитному проводнику градиента температуры генерируется зарядовый ток в направлении, ортогональном направлениям градиента температуры и намагниченности магнитного проводника.
Это поперечное магнито-термоэлектрическое явление, известное как аномальный эффект Нернста (ANE), привлекло значительный интерес для потенциально универсальных, долговечных и недорогих термоэлектрических приложений. В настоящее время активно ведется поиск новых магнитных материалов , фокусирующихся на топологической природе материалов, с целью дальнейшего улучшения характеристик ANE.
Несмотря на эти усилия, пока не было выявлено ни одного материала с производительностью ANE при комнатной температуре, превышающей производительность топологического магнита на основе кобальта, т. е. Co2MnGa , о котором сообщалось в 2018 году, что ограничивает дальнейший прогресс в этой области. Кроме того, даже эту текущую рекордно высокую производительность Co2MnGa пришлось бы улучшить примерно в 100 раз для практических термоэлектрических применений.
Исследовательская группа недавно разработала искусственно наклоненный многослойный материал, состоящий из чередующихся слоев магнитного металла и полупроводника, чтобы одновременно демонстрировать как недиагональный эффект Зеебека (ODSE), так и ANE. Здесь ODSE реализует поперечное термоэлектрическое преобразование, возникающее из наклонных многослойных структур без необходимости во внешних магнитных полях или намагничивании.
Группа продемонстрировала, что безразмерный показатель качества ANE в искусственном материале был улучшен более чем на один порядок по сравнению с аналогичным показателем для того же самого магнитного металла по отдельности благодаря синергетическому действию ANE и ODSE.
Эти результаты показывают, что такие факторы, как определенные физические параметры и структуры, которые не были в центре внимания предыдущих исследований ANE, важны для улучшения характеристик поперечного термоэлектрического преобразования.
Исследование предоставляет новые руководящие принципы для проектирования новых материалов для поперечного термоэлектрического преобразования на основе структурного проектирования , а также новые способы использования ANE с совершенно иной точки зрения по сравнению с предыдущим исследованием.
На основе этих рекомендаций исследовательская группа намерена разработать искусственные материалы с высокими термоэлектрическими характеристиками для практических применений, таких как производство электроэнергии с использованием отходящего тепла, а также электронные технологии охлаждения и измерения тепла.
