I en Weyl-termopile-kan strømforsyningsenheder en dag køre på en ny varmebaseret strømkilde

En ny måde at generere elektricitet i specielle materialer kaldet Weyl magneter er blevet opdaget af fysikere ved University of Tokyo. Metoden udnytter temperaturgradienter, temperaturforskelle i et materiale. Dette kan bane vejen for vedligeholdelsesfrie fjernmåler eller endda medicinske implantater.

"Vores metode udnytter et fænomen kaldet den unormale Nernst -effekt, som aldrig har været brugt på denne måde før, "siger professor Satoru Nakatsuji fra Institute for Solid State Physics." Jeg forestiller mig, at dette kunne være strømkilden til en ny generation af laveffekt, elektroniske enheder med lav vedligeholdelse. Vi har skabt noget ingeniører af små enheder har ventet på. "

Så hvad er denne unormale Nernst -effekt, og hvordan kan det føre til et så stort spring fremad?

"Den uregelmæssige Nernst -effekt er, når et magnetiseret stykke metal genererer en spænding, der udsættes for en gradient af varme hen over det, så det er varmere på den ene side og køligere på den anden, "forklarer Nakatsuji. Dette ligner et mere etableret fænomen kaldet Seebeck -effekten, som er ansvarlig for elproduktion i termopiler, de funktionelle komponenter i termoelektriske generatorer. Disse bruges i dybe rumsonder som Voyager og New Horizons, blandt andet. Med Seebeck -effekten, spændingen genereres mellem de varme og kolde områder af det pågældende metal, så det er parallelt med temperaturgradienten. Den unormale Nernst -effekt genererer imidlertid en spænding langs længden af ​​et magnetiseret stykke metal, vinkelret på temperaturgradienten.

Forskerne observerer denne effekt i en særlig slags metal (Co2MnGa) kendt som en Weyl -magnet. Dette giver det første klare bevis for eksistensen af ​​Weyl fermioner i et materiale, elementarpartikler, der giver Weyl -magneter deres unikke egenskaber. Og der er vigtige praktiske konsekvenser. Enhederne er meget enklere end dem, der bruges til Seebeck -effekten, tynde film i modsætning til søjllignende strukturer takket være den vinkelrette frem for parallelspænding. Så de er fleksible og kan laves til forskellige nyttige former. "Vores materialer, at være langt mere almindelig og helt giftfri betyder også, at enheder kan være meget billigere at producere, "siger Nakatsuji." Bedst af alt, i modsætning til tidligere enheder, de er effektive ved stuetemperatur, så masseproduktion af sådanne enheder er i vores seværdigheder. "

Der er dog en fangst, ved at metoden normalt producerer omkring 0,1% spændingen af ​​det ækvivalente Seebeck -effektsystem, ca. 0,1 mikrovolt sammenlignet med 100 mikrovolt, så vi kan muligvis ikke snart se denne teknologi i rumsonder. "Imidlertid, vi sigter mod at gøre vores metode sammenlignelig med Seebeck -effekten med hensyn til effektivitet, "siger Nakatsuji." Og selv før da, givet de andre fordele, denne teknologi kunne se hurtig udbredt vedtagelse. "Siden opdagelsen af ​​Weyl magnet termopiler i 2015, som udviser den unormale Nernst -effekt, der er sket en tusind gange stigning i deres effektproducerende effektivitet, alene med dette nylige fund, der observerer 8 mikrovolt pr. Kelvin, en hel størrelsesorden stigning i forhold til den tidligere maksimale rapporterede værdi på ca. 0,1 mikrovolt pr. Kelvin.

Ingeniører bestræber sig hele tiden på at forbedre strømeffektiviteten af ​​enheder og de kilder, der giver den strøm. Et generelt mål er at skabe funktionelle enheder, såsom sensorer, som kunne sættes i arbejde og derefter efterlades alene uden behov for vedligeholdelse eller udskiftning af batterier. De ville generere strøm med deres egne Weyl-termopile enheder ved hjælp af omgivende eller spildvarme eller måske endda sollys. Computerforskere kan også være interesseret i disse fund, da Weyl-magneter kan være nyttige i fremtidige højhastighedshastigheder, datalagringsteknologier med høj densitet.

Undersøgelsen er offentliggjort i Naturfysik .