Lämpö sähköksi uudella tavalla

Tutkijat osoittivat ensimmäistä kertaa poikittaisen lämpösähköisen konversion puolimetalli WSi2:ssa, mikä johti tehokkaampiin lämpösähköisiin laitteisiin

Perinteiset rinnakkaiset lämpösähkölaitteet tuottavat jännitteen samaan suuntaan kuin lämpövirta. Näissä laitteissa käytetään tyypillisesti sarjaan kytkettyjä p- ja n –tyyppisiä materiaaleja. Tämä johtaa kuitenkin suureen määrään kontaktipisteitä, mikä lisää sähkövastusta ja tehohäviötä.

Sitä vastoin poikittaiset lämpösähkölaitteet tekevät jotain ainutlaatuista: ne tuottavat sähköä kohtisuorassa lämpövirtaan nähden. Tämän ansiosta niissä voi olla vähemmän kontakteja ja saavuttaa siten tehokkaamman lämpösähköisen muuntamisen.

Materiaalit, joissa on "akselista riippuvainen johtavuuspolariteetti (ADCP)" tai goniopolaariset johteet, jotka johtavat positiivisia varauksia (p-tyyppi) yhteen ja negatiivisia varauksia (n-tyyppi) toiseen suuntaan, ovat lupaavia ehdokkaita poikittaisiin lämpösähköisiin laitteisiin.

Valitettavasti suoraa näyttöä poikittaisesta lämpösähkövaikutuksesta (TTE) on tutkittu vähemmän - tähän mennessä.

Nyt japanilainen tutkimusryhmä, jota johti apulaisprofessori Ryuji Okazaki Tokion tiedeyliopistosta (TUS), mukaan lukien Shoya Ohsumi TUS:sta ja tohtori Yoshiki J. Sato Saitaman yliopistosta, on saavuttanut TTE:n puolimetallisessa volframidisilisidissä (WSi2).

Vaikka aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että WSi2:lla on ADCP, sen alkuperää ja odotettua TTE:tä ei ole havaittu kokeissa.

"Poikittainen lämpösähkömuunnos on ilmiö, joka on saamassa huomiota uutena ydinteknologiana lämpötilaa ja lämpövirtaa mittaaville antureille. Tällaisia ​​materiaaleja on kuitenkin vain rajoitettu määrä, eikä suunnitteluohjeita ole laadittu, selittää professori Okazaki.

Tutkimuksissa havaittiin, että WSi2:n ADCP on peräisin sen ainutlaatuisesta elektronisesta rakenteesta, jossa on sekaulotteisia Fermi-pintoja. Tämä rakenne paljastaa, että elektroneja ja aukkoja on eri ulottuvuuksissa.

Fermi-pinta on teoreettinen geometrinen pinta, joka erottaa varauksenkuljettajien varatut ja varaamattomat elektroniset tilat kiinteän materiaalin sisällä. WSi2 :ssa elektronit muodostavat kvasi-yksiulotteisia Fermi-pintoja ja aukot lähes kaksiulotteisia Fermi-pintoja.

Nämä ainutlaatuiset Fermi-pinnat luovat suuntakohtaisen johtavuuden mahdollistaen TTE-ilmiön.

"Tuloksemme osoittavat, että WSi2 on lupaava ehdokas TTE-pohjaisille laitteille. Toivomme tämän tutkimuksen johtavan uusien antureiden kehittämiseen ja uusien poikittaisten lämpösähköisten materiaalien löytämiseen", sanoo professori Okazaki.

Selvittämällä TTE:n syntymekanismia WSi2:ssa, tämä tutkimus vie askeleen eteenpäin kohti kehittyneitä materiaaleja, jotka voivat muuntaa lämmön sähköksi tehokkaammin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä

Lämpösähköisiä nopeasti

Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja