Tehokkaampaa termosähköä

Termosähköinen laite voi jäähdyttää materiaaleja virran avulla tai muuntaa lämpötilaeroja sähköenergiaksi.

Kuitenkin erityisesti metallirakenteilla on erittäin huono lämpösähköinen suorituskyky ja sen vuoksi suurin osa termosähköisistä rakenteista on valmistettu puolijohteista.

Nyt ryhmä tutkijoita Jyväskylän yliopistosta, Aalto-yliopistosta, San Sebastianista (Espanja) ja Oldenburgista (Saksa) ovat osoittaneet, miten yhdistelmä magneettista metallia ja suprajohteita mahdollistavat erittäin hyvän lämpösähköisen hyötysuhteen.

Puolijohteiden ja suprajohteiden sähköinen rakenne näyttää pintapuolisesti samanlaisilta, koska molemmat sisältävät elektroneilta kielletyn energia-alueen.

Ero näiden kahden välillä on, että puolijohteita seostamalla siirretään energiarakoa suhteessa keskimääräiseen elektronien energiaan. Suprajohteissa sen sijaan energiarako on symmetrinen suhteessa positiivisiin ja negatiivisiin energioihin ja siksi lämpösähkövaikutus positiivisen energian elektroneista kumoaa vastaavan negatiivisen.

Kansainvälinen tutkimusryhmä osoitti, kuinka tämä symmetria voidaan rikkoa ylimääräisellä magneettikentällä ja ohjata sähkövirtaa magneettisen kontaktin kautta. Tämän seurauksena järjestelmä osoittaa lähes Carnotin rajan mukaista hyötysuhdetta.

Suprajohteiden vaatimien kylmien lämpötilojen vuoksi mekanismia ei voi käyttää kuluttajalaitteisiin. Sitä voitaneen käyttää tarkkoihin signaali-ilmaisuihin tai vastaavan järjestelmän avulla voitaisiin puolijohteissa parantaa niiden lämpösähköistä suorituskykyä.

Jo 1830-luvulla havaittuja termosähköisiä ilmiöitä hyödynnetään erilaisissa sovelluksissa mutta niiden hyötysuhde on tyypillisesti varsin heikko. Jos sitä voitaisiin parantaa, lämpösähkö olisi paremmin hyödynnettävissä muuntamaan esimerkiksi teollisten prosessien hukkalämpöä sähköksi.