為了追求高效的能源利用，科學(xué)家們正在研究能夠有效地將熱能轉(zhuǎn)化為電能的材料，即熱電材料。一種稱為拓?fù)浯朋w的特殊類型正受到廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出反常的能斯特效應(yīng)。在反常能斯特效應(yīng)中，鐵磁材料中會(huì)產(chǎn)生垂直于溫度梯度和外加磁場的電壓。

雖然一些器件通過在熱電堆器件中組合具有不同熱電勢符號(hào)的層而表現(xiàn)出改進(jìn)的性能，但這種方法通常需要使用不同的材料并改變制造工藝。

一個(gè)合作研究小組取得了一項(xiàng)重大突破，展示了使用一種名為 Co 3 Sn 2 S 2的特殊材料(以其拓?fù)浯朋w特性而聞名)通過熱能產(chǎn)生正極性和負(fù)極性的能力。這一突破是通過簡單地替換磁性化合物中的一些元素來實(shí)現(xiàn)的。

該小組由東北大學(xué)材料研究所(IMR)的 Kohei Fujiwara 副教授和 Atsushi Tsukazaki 教授領(lǐng)導(dǎo);國立材料科學(xué)研究所 (NIMS) 研究員 Takamasa Hirai 和杰出小組組長 Ken-ichi Uchida;和富山縣立大學(xué)的 Yuki Yanagi 副教授。

他們的研究結(jié)果詳細(xì)報(bào)道于2024 年 1 月 8 日的《自然物理學(xué)》雜志上

藤原說：“我們專注于鈷錫硫基鐵磁體，因?yàn)楦鶕?jù)我們之前的理論研究，其拓?fù)潆娮討B(tài)適合控制反常能斯特效應(yīng)的極性。”

為了驗(yàn)證他們的概念，該團(tuán)隊(duì)通過薄膜的生長過程進(jìn)行元素替代，這是半導(dǎo)體技術(shù)中廣泛采用的技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，鎳和銦的適當(dāng)替代通過拓?fù)潆娮討B(tài)的調(diào)制導(dǎo)致熱電電壓符號(hào)的反轉(zhuǎn)。

藤原補(bǔ)充道：“用于制造熱電堆器件的通用基礎(chǔ)元件的可用性將有助于減少資源和成本。我們的概念將適用于其他拓?fù)浯朋w，并加速優(yōu)質(zhì)磁熱電材料的開發(fā)。”