Uudenlaista lämpösähköä

Näin vähemmän lämpöisen heinäkuun jälkeen on kiinnostavaa tutkia uudenlaisen lämpövoimakoneen teoriaa.

Ohio State Universityn tutkijat ovat tutkineet magneettista vaikutusta, joka muuntaa lämmön sähköksi ja ovat onnistuneet parantaman sen toiminnan tuhatkertaiseksi. Tutkijoiden mukaan kyseessä on ensimmäinen askel kohti tekniikan käytännöllistä toteutusta.

Spin Seebeck -ilmiössä elektronien spinit luovat virtaa magneettisessa aineessa, mikä tunnistetaan jännitteenä viereisessä metallissa. Ohion tutkijat ovat nyt keksineet miten luodaan samanlainen vaikutus ei-magneettisessa puolijohteessa ja pareammalla sähköntuotolla.

Tuotetut jännitteet ovat vielä pieniä, mutta jännitteen määrä puolijohteen sisäisen lämpötilan muutoksen astetta kohti on kasvatettu muutamasta mikrovoltista muutamaan millivolttiin - 1000-kertainen jännitteen lisäys, mikä tuottaa miljoonakertaisen tehonlisäyksen.

Tutkijaryhmän perimmäinen tavoite on edullinen ja tehokas kone, joka muuttaa lämpöä sähköksi ilman liikkuvia osia. Sen avulla esimerkiksi elektroniset laitteet voisivat kierrättää osan omasta hukkalämmöstään sähköksi.

Ohion tutkijat nimesivät vahvistetun ilmiön "jättimäiseksi spin-Seebeck" vaikutukseksi ja yliopisto tulee lisensioimaan tekniikasta patentoituja muunnelmia.

Vuonna 2008 Tohoku Universityssä löydetty Spin Seebeck –ilmiö on perustaltaan erilainen kuin yli satavuotias lämpösähköinen ilmiö. Sen ja jättimäisen spin-Seebeck -ilmiön teoria on vielä keskeneräinen mutta Ohion tutkijoilla on useita ehdotuksia siitä, mitä siinä tapahtuu.

Perustana ovat hilavärähtelyt eli fononit. Tutkijoiden mukaan he pystyvät aiheuttamaan voimakkaan hilavärähtelyjen virran puolijohteen sisälle. Hilavärähtelyt törmäävät elektroneihin ja potkivat niitä eteenpäin, samalla kun puolijohteen atomit saavat elektronien spinit pyörimään materiaalin läpi kuten luoti kiväärin piipun rihloissa.

Tutkijoiden mukaan avain tehdyissä kokeissa on materiaalivalinnoissa. Spin-Seebeck vaikutus on aiemmin havaittu vain magneettisissa puolijohteissa ja metalleissa mutta nyt tutkijat käyttivät ei-magneettisia puolijohteita ja ulkoista magneettikenttää.

Tällä hetkellä ilmiö toimii vain nestemäisen heliumin lämpötiloissa ja kolmen teslan ulkoisessa magneettikentässä.