Antiferromagneetti pienenergian keräämiseen

RIKENn fyysikot ovat löytäneet magneettisen materiaalin, joka muuntaa lämmön sähköksi erittäin tehokkaasti, mikä tekee siitä lupaavan käytettäväksi pienenergian keruulaitteissa.

Erityinen antiferromagneettinen materiaali, joka tunnetaan ei-koplanaarisina antiferromagneetteina ja jossa magneettiset momentit eivät ole samassa tasossa. Kuten muillakin antiferromagneettisilla materiaaleilla, näiden nettomagneettikenttä on nolla. Mutta niiden magneettiset rakenneosat ovat tetraedrejä, mikä tekee niistä paljon helpompia käsitellä.

Informaation tallennuksen lisäksi antiferromagneetit ovat lupaavia myös sähkön tuottamiseen lämmöstä, ja niitä voitaisiin siten käyttää energianmuunnoslaitteissa.

Nyt Duy Khanh Nguyen, joka työskenteli tutkimuksen aikaan RIKEN Center for Emergent Matter Sciencessa, ja hänen työtoverinsa ovat löytäneet kompensoidun antiferromagneetin, jolla on ei-koplanaarinen spin-rakenne ja erittäin suuri lämmön ja sähkön muuntamisen hyötysuhde.

"Yllätyimme siitä, kuinka suuri tämän materiaalin konversiotehokkuus oli, vaikka sen kokonaismagnetisaatio oli pieni", sanoo Nguyen. Kun tiimi mallinsi materiaaliaan, he saivat erinomaisen yhteensopivuuden kokeellisten mittaustensa kanssa.

Suuren konversiohyötysuhteen salaisuus piilee materiaalin ainutlaatuisissa kide-, magneetti- ja elektronirakenteissa sekä niiden symmetrioissa. Niiden välinen vuorovaikutus synnyttää materiaalin sisällä "kuvitteellisen" magneettikentän kuumia pisteitä, jotka puolestaan aiheuttavat suuren konversiohyötysuhteen.

Nguyen ja hänen tiiminsä aikovat nyt etsiä muita kompensoituja antiferromagneetteja, joilla on vielä paremmat ominaisuudet. Saman rakenteen omaaville materiaaleille on paljon mahdollisuuksia, koska materiaalin kolme alkuainetta voidaan helposti korvata muilla alkuaineilla.

”Tällaisen materiaalin kemiallinen koostumus on erittäin joustava”, Nguyen toteaa. ”Säätämällä sen koostumusta meidän pitäisi pystyä parantamaan konversiotehokkuutta.”

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä

Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja

Tehokkaampi lämpösähköinen materiaali