Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut, että kiinteän aineen spinien paikalliset lämpöhäiriöt voivat muuttaa lämmön energiaksi jopa paramagneettisessa materiaalissa, missä spinien ei ajateltu korreloivan riittävän kauan tehdäkseen niin. Tämä vaikutus (paramagnon drag thermopoweriksi) muuntaa lämpötilaeron sähköjännitteeksi.
Paramagneettinen on magnetismille heikosti altis aine. Se johtaa kuitenkin magneettivuota ilmaa paremmin. Tutkijoiden 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 he osoittavat, että tietyistä puutteista huolimatta jopa paramagnonit voivat liikkua lämpötilaerossa ja kuljettaa vapaita elektroneja mukanaan. Tämä tuottaa lämpötehoa.
Tutkimusryhmä havaitsi, että mangaanitelluridi-paramagnonin veto ulottuu erittäin korkeisiin lämpötiloihin ja tuottaa lämpötehoa, 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 magnonin vetovaikutus voisi lisätä lämpösähköistä hyötysuhdetta käytännön sovelluksissa.
Uusi havainto muuttaa tilanteen kokonaan. Nyt tutkijat voivat keskittyä paramagneettisiin puolijohteisiin, joita on tarjolla runsaasti. - Kun havaitsimme Seebeck-kertoimen äkillisen nousun Néel-lämpötilan alapuolella ja lähellä sitä, ja tämä ylimääräinen arvo ulottui korkeisiin lämpötiloihin, epäilimme että ilmiö liittyy perustaltaan spineihin, kertoo Kiinan tiedeakatemian professori Huaizhou Zhao.
- Aivan kuten Seebeck-ilmiön löytämisessä spineistä, joka johti spinkaloritroniikan uusiin alueisiin, joissa spin-kulman momentti siirtyy elektroneille, sekä spinaallot (eli magnonit) että magnetoinnin paikalliset lämpövaihtelut paramagneettisessa tilassa voivat siirtää lineaarisen momenttinsa elektronille ja tuottaa lämpötehoa, Zhao kuvaa.
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.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 2.10.2019
Saksalaislähtöinen Ubitium on kehittänyt innovatiivisen prosessoriarkkitehtuurin, joka yhdistää eri suorittimien (CPU, GPU, DSP, FPGA) toiminnot yhteen siruun. Yrityksen mukaan tämä uusi RISC-V-arkkitehtuuriin perustuva ratkaisu mullistaa yli 50 vuotta vanhan suorittimien suunnittelun.
Moni uusi sähköauton omistaja kokee toimintasädeahdistusta. Tätä ongelmaa autonvalmistajat voivat helpottaa siirtymällä piipohjaista IGBT-piireissä piikarbidiopohjaisiin siruihin. auton vetoinvertterissä.
