Edullisempaa lämpösähköä?

Tokion yliopiston fyysikot ovat löytäneet uuden tavan tuottaa sähköä erikoismateriaaleissa, joita kutsutaan Weyl-magneeteiksi. Menetelmässä hyödynnetään lämpötiagradientteja eli lämpötilojen eroja koko materiaalissa.

Uudesta materiaalista voisi aikanaan tuottaa lämmönlähteeseen perustuvan teholähteen pienen tehonkulutuksen laitteille kuten antureille.

"Menetelmämme hyödyntää ilmiötä, jota kutsutaan poikkeavaksi Nernst-vaikutukseksi, jota ei ole koskaan aiemmin käytetty tällä tavalla", toteaa professori Satoru Nakatsuji.

"Poikkeava Nernst-efekti syntyy kun magneettinen metallipala generoi jännitteen, subjektina lämmön gradienttiin sen yli, joten se on kuumempi toisella puolella ja kylmempi toisella puolella", selittää Nakatsuji.

Tämä on samanlainen kuin vakiintuneempi Seebeck-ilmiö, jossa jännitettä syntyy kyseessä olevan metallin kuuman ja kylmän alueen välissä, joten se on rinnakkainen lämpötilagradientin kanssa. Epätavallinen Nernst-efekti tuottaa kuitenkin jännitteen pitkin magneettista metallipalaa, ollen kohtisuorassa lämpötilagradienttiin nähden.

Tutkijat tarkkailevat tätä vaikutusta erityisellä metallilla (Co2MnGa), joka tunnetaan Weyl-magneettina. Tutkimustyö antaa ensimmäiset selkeät todisteet Weyl-fermionien olemassaolosta materiaalissa, alkuainehiukkaset, jotka antavat Weyl-magneetille sen ainutlaatuiset ominaisuudet.

Löydöstä on tärkeitä käytännön seurauksia. Laitteet ovat paljon yksinkertaisempia kuin Seebeck-efektillä toteutetut, joiden pylväsrakenteet voidaan korvata ohuilla kalvoilla. Joten ne ovat joustavia ja ne voidaan tehdä monenlaisiin hyödyllisiin muotoihin.

Lisäksi materiaaleina voi käyttää paljon yleisempiä ja täysin myrkyttömiä aineita, joten itse rakenteet voivat olla paljon halvempia tuottaa. Ne ovat tehokkaita myös huonelämpötiloissa, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Tällä hetkellä menetelmä tuottaa vain noin 0,1% vastaavan Seebeck-järjestelmän jännitteestä mutta tutkijoiden tavoitteena on saavuttaa Seebeck-efektiin verrattavissa oleva tehokkuus.

Sitten Weyl-magneettien lämpörakenteiden ja poikkeuksellisen Nernst-vaikutuksen havaitsemisen vuonna 2015 aiheessa on saavutettu tuhatkertainen kasvu tehon tuotannossa. Tämä uusin tutkimus havainnoi tuotoksi kahdeksan mikrovolttia Kelviniä kohden.