Englantilaisen Warwickin yliopiston tutkimuksen mukaan lämpöä voidaan muuttaa sähköksi tehokkaammin käyttämällä atomin ohuita nanolankoja. Warwickin fysiikan laitoksen tutkijat yhteistyössä Cambridgen ja Birminghamin yliopistojen kanssa ovat havainneet, että tehokkaimmat lämpösähköiset materiaalit voidaan toteuttaa muotoilemalla ne ohuimmiksi mahdollisiksi nanolangoiksi.
Tohtori Andrij Vasylenko Warwickin yliopiston fysiikan laitokselta sanoo, että päinvastoin kuin kolmiulotteinen materiaali, eristetyt nanolangat johtavat vähemmän lämpöä ja enemmän sähköä samanaikaisesti. - Nämä ainutlaatuiset ominaisuudet antavat ennennäkemättömän tehokkuuden lämmön/sähkön muuntamisesta yksidimensionaaleissa materiaaleissa.
Yhdistetyssä teoreettisessa ja kokeellisessa tutkimuksessa tutkijat kykenivät paitsi määrittämään suoran riippuvuuden mallin koosta ja nanorakenteesta saadusta rakenteesta, mutta myös osoittamaan kuinka tätä tekniikkaa voidaan käyttää termosähköisen tehokkuuden säätelyyn tinatelluridin muokatussa nanolangassa. Nanolangan halkaisija on 1-2 atomia.
Tutkijoiden mukaan tämä avaa mahdollisuuden uuden sukupolven lämpösähköisten generaattoreiden luomiseen, mutta myös vaihtoehtoisten ehdokasmateriaalien etsimiseen termosähköisille runsaiden ja myrkyttömien kemiallisten alkuaineiden joukosta.
Toisaalla MIT:n tutkijat ovat löytäneet keinon lisätä merkittävästi lämpösähköistä tehokkuutta topologisten puolimetallien tutkimuksen kautta. Toisin kuin useimmilla kiinteillä materiaaleilla topologisilla puolimetalleilla ei ole kaistaeroa. Se mahdollistaa elektronien siirtymisen helposti korkeampiin energiakaistoihin kuumennettaessa. Toisaalta myös aukot kerääntyvät materiaalin kylmälle puolelle ja siten kumoavat elektronien vaikutuksen. Tämä tuottaa lopulta hyvin vähän energiaa.
Warvickin ja MIT:n tutkimuksissa huomattiin, että vahvassa magneettikentässä elektronit ja aukot voi saada liikkumaan vastakkaisiin suuntiin. Magneettikentän tosin pitää olla äärimmäisen vahva ja tutkijoiden seuraava tavoite onkin toteuttaa ilmiö realistisimmilla magneettikentillä.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.6.2018
