Paramagneettiset spinit tuottavat sähköä lämmöstä

02.10.2019

NC-State-paramagneettiset-spinit-sahko-lammosta-Ohio-300-t.jpgMagnonin ja paramagnonin vetovaikutus: Magnonit, yksittäisten atomien spinien (harmaat kartiot) luomat aallot vetävät elektroneja (vihreitä pisteitä) lämpögradienttia pitkin lämpötehon luomiseksi. Paramagneettisessa tilassa paikalliset lämpövaihtelut muodostavat pieniä magnonpaketteja, jotka voivat samalla tavalla vetää elektronia. Klassiset paramagneetit eivät aiheuta vetovaikutusta.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut, että kiinteän aineen spinien paikalliset lämpöhäiriöt voivat muuttaa lämmön energiaksi jopa paramagneettisessa materiaalissa - missä spinen ei ajateltu korreloivan riittävän kauan tehdäkseen niin.

Tämä vaikutus, jota tutkijat kutsuvat "paramagnon drag thermopoweriksi", muuntaa lämpötilaeron sähköjännitteeksi.

Paramagneettinen on magnetismille heikosti altis aine mutta johtaa kuitenkin maneettivuota ilmaa paremmin.

Tämä löytö voisi johtaa tehokkaampaan lämpöenergian keräykseen - esimerkiksi muuttamalla auton pakokaasun lämpöä sähköenergiaksi tai älykkäiden vaatteiden virran tuottamiseksi kehon lämmöllä.

Tutkimusryhmään kuuluu tutkijoita Pohjois-Carolinan osavaltion yliopistosta, Oak Ridge -laboratoriosta (ORNL), Kiinan tiedeakatemiasta ja Ohion osavaltion yliopistosta.

Tutkimuksessaan tekijät osoittavat, että tietyistä puutteista huolimatta jopa paramagnonit voivat liikkua lämpötilaerossa ja kuljettaa vapaita elektroneja mukanaan, luomalla paramagnonisesti vetävää lämpövoimaa.

Tutkimusryhmä havaitsi, että mangaanitelluridin (MnTe) paramagnonin veto ulottuu erittäin korkeisiin lämpötiloihin ja tuottaa lämpövoimaa, joka on paljon vahvempi kuin mitä pelkästään elektronien varaukset voivat tuottaa.

"Ennen tätä työtä uskottiin, että magnonin vetovoima voi olla olemassa vain magneettisesti järjestyneissä materiaaleissa, ei paramagneeteissa", sanoo Joseph Heremans, Ohion osavaltion yliopiston professori.

"Koska parhaat termosähköiset materiaalit ovat puolijohteita, ja koska emme tiedä yhtään huonelämpötilaista ferromagneettisista puolijohdetta, emme koskaan ajatelleet, että magnon vetovaikutus voisi lisätä lämpösähköistä hyötysuhdetta käytännön sovelluksissa.

Tämä uusi havainto muuttaa tämän kokonaan; voimme nyt tutkia paramagneettisia puolijohteita, joita on tarjolla runsaasti."

"Kun havaitsimme Seebeck-kertoimen äkillisen nousun Néel-lämpötilan alapuolella ja lähellä sitä, ja tämä ylimääräinen arvo ulottui korkeisiin lämpötiloihin, epäilimme jotain, joka liittyy perusteellisesti spineihin", kertoo Kiinan tiedeakatemian professori Huaizhou Zhao.

"Aivan kuten spin-Seebeck-ilmiön löytämisessä, joka johti spinkaloritroniikan uusiin alueisiin, joissa spin-kulman momentti siirtyy elektroneille, sekä spinaallot (eli magnonit) että magnetoinnin paikalliset lämpövaihtelut paramagneettisessa tilassa (ts. paramagnonit) voivat siirtää lineaarisen momenttinsa elektronille ja tuottaa lämpövoimaa".

Tutkimustyö on johtanut optimaalisesti seostettuun materiaaliin, jonka lämpöarvo ZT >1 lämpötilassa T > ~ 900 K. Se on ensimmäinen materiaali, jolla on teknologisesti merkityksellinen lämpösähköinen energian muuntamisen hyötysuhde spin-kaloritroniikan vaikutuksesta.

Aiheesta aiemmin:

Spinvirta välittää käyttövoimaa

Lämpösähköä spinien tasolta

24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen
23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus
14.11.2023Läpi ahtaankin raon
13.11.2023Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta
11.11.2023Sähköä molekyylien ja ionien tasolta
11.11.2023Neuroverkkoja optisesti ja kvanttihybridinä
09.11.2023Viisi kerrosta grafeenia
08.11.2023Lämmönsiirron hallintaa transistorilla
07.11.2023Metamateriaali yhdistää katkenneet hermot
06.11.2023Valoa valolla ohjaten
04.11.2023Hiilidioksidia polttoaineeksi tehokkaasti
03.11.20233D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille
03.11.2023Magnetismia ei-magneettisissa materiaaleissa
02.11.2023Energiatehokas tekoälysiru
01.11.2023Ferrosähköisyyttä piin kanssa ja yhdellä alkuaineella
31.10.2023Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla
30.10.2023Vakautta ja tehokkuutta perovskiittiaurinkokennoille
28.10.20233D-tulostettu reaktorisydän aurinkopolttoaineille
27.10.2023Tekoälyä kolmiulotteisella datalla
26.10.2023Kvantti-ilmiön sähköinen ohjaus
25.10.2023Verkkoliitäntä kvanttitietokoneille ja radiospektrin kattava ilmaisin
24.10.2023Fotonikiteet taivuttavat valoa aivan kuin painovoima
23.10.2023Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja
21.10.2023Vetyä tankaten
20.10.2023Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle
19.10.2023Suprajohtava niobium-aaltoputki
19.10.2023Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia
17.10.2023Virheiden osoittaminen tehostaa kvanttilaskentaa
16.10.2023Pyrosähköä viruksista
16.10.2023Uusi kubittialusta luodaan atomi kerrallaan
12.10.2023Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta
11.10.2023Kontakteja ja seostusta grafeeninanonauhoihin
10.10.2023Magneettinen heterorakenne nopeuttaa tietotekniikkaa
09.10.2023Mullistava väriteknologia ja aurinkoenergia
06.10.2023Timanteista kvanttisimulaattoreita
05.10.2023Kultaa ja perovskiittiä
04.10.2023Tehokkaampaa koulutusta tekoälylle
03.10.2023Lämpötilakuvausta aineen sisältä
02.10.2023Femtosekunnin laseri lasista
29.09.2023Tavoitteena parempia kubitteja
28.09.2023Suola ja kulta tuottavat sähköä
27.09.2023Laaksotroniikka lämpenee
26.09.2023Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla
25.09.2023Magneetteja huonelämpöiseen kvanttilaskentaan
23.09.2023Lupaavia vedyn tuotannon tapoja
23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille
11.09.2023Atomisen tarkkoja antikvanttipisteitä
08.09.2023Outo metalli on nyt vähemmän outo
07.09.2023Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen
06.09.2023Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota
05.09.2023Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla
04.09.2023Miten valo toimii? Kysy mekaanikolta
01.09.2023Spinin kytkentää kvanttimateriaalissa huonelämpötilassa
31.08.2023Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta
30.08.2023Ledejä piirtäen ja vaihtoehto orgaanisille ledeille
29.08.2023Ioniansoja, fermionprosessori ja kvanttihybridimekaniikkaa
28.08.2023Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin
26.08.2023Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri
25.08.2023Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä
24.08.2023Valoa magneetin sisään
23.08.2023Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa
22.08.2023Kohti vikasietoisia kubitteja
21.08.2023Kaksiulotteinen aaltojohde valolle
19.08.2023Aurinkokenno toimii kuin kasvin lehti
18.08.2023Seuraava askel neuromorfista laskentaa
17.08.2023Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan
16.08.2023Nanoledejä ja kvanttivalosauvoja
15.08.2023Q-piin löytö tuo lisäpotkua kvanttilaskennalle
14.08.2023Ferrosähkömateriaali voisi antaa roboteille lihakset
12.08.2023Anturointia solujen tasolla
11.08.2023Tutka tehostuu kvanttisesti ja interferenssillä
10.08.2023Kesän aikana käännettyä
09.08.2023Uudenlaiset anioneja johtavat kalvot elektrolyysille
08.08.2023Eeroq ja 2000 kubitin prosessori
07.08.2023Datansiirtoa useilla valon väreillä yhdellä laserilla
05.08.2023Lämpöavusteinen havaitseminen eli HADAR
05.08.2023Langatonta energiansiirtoa etäämmälle
03.08.2023Atomikubitteja ja sukkuloivia ioneja
02.08.2023Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee
01.08.2023Muistissa toimivaa langatonta laskentaa
26.07.2023Mikroaaltoisolaattori vaikkapa kvanttitietokoneille
21.07.2023Transistoreita uusille piiriarkkitehtuureille
14.07.2023Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista
07.07.2023Tehokkaampaa värähtelyenergian talteenottoa

Näytä lisää »