Uranforbindelse opnår rekord anomal Nernst-ledningsevne

Ny forskning har vist, at en magnetisk uranforbindelse kan have stærke termoelektriske egenskaber, generere fire gange den tværgående spænding fra varme end den tidligere rekord i en kobolt-mangan-gallium-forbindelse. Resultatet åbner op for et nyt potentiale for aktinid-elementerne i bunden af ​​det periodiske system og peger på en ny retning inden for forskning i topologiske kvantematerialer.

"Vi fandt ud af, at den store spin-orbit-kobling og stærke elektroniske korrelationer i et system af uran-cobolt-aluminium doteret med ruthenium resulterede i en kolossal unormal Nernst-ledningsevne, sagde Filip Rønning, ledende efterforsker på papiret offentliggjort i dag i Videnskab fremskridt . Ronning er direktør for Institute for Materials Science ved Los Alamos National Laboratory. "Det illustrerer, at uran- og actinidlegeringer er lovende materialer til at studere samspillet mellem et materiales topologi og stærke elektronkorrelationer. Vi er meget interesserede i at forstå, tuning og til sidst kontrollere dette samspil, så forhåbentlig en dag kan vi udnytte nogle af disse bemærkelsesværdige svar."

Nernst-responsen opstår, når et materiale omdanner en varmestrøm til en elektrisk spænding. Dette termoelektriske fænomen kan udnyttes i enheder, der genererer elektricitet fra en varmekilde. Det mest bemærkelsesværdige nuværende eksempel er de radioisotop termoelektriske generatorer (RTG'er), der delvist blev udviklet i Los Alamos. RTG'er bruger varme fra det naturlige radioaktive henfald af plutonium-238 til at generere elektricitet - en sådan RTG driver i øjeblikket Perseverance-roveren på Mars.

"Det spændende er, at denne kolossale anomale Nernst-effekt ser ud til at skyldes materialets rige topologi. Denne topologi er skabt af en stor spin-kredsløbskobling, som er almindeligt i aktinider, " sagde Ronning. "En konsekvens af topologi i metaller er genereringen af ​​en tværgående hastighed, som kan give anledning til et Nernst-svar, som vi observerer. Det kan også generere andre effekter såsom nye overfladetilstande, der kan være nyttige i forskellige kvanteinformationsteknologier."

Uransystemet, der blev studeret af Los Alamos-teamet, genererede 23 mikrovolt pr. kelvin temperaturændring - fire gange større end den tidligere rekord, som blev opdaget i en kobolt-mangan-gallium-legering for et par år siden og også tilskrevet denne slags topologiske oprindelse.