Styring af termoelektrisk omdannelse i magnetiske materialer ved magnetiseringsretning

Det er lykkedes National Institute for Materials Science (NIMS) direkte at observere den "anisotropiske magneto-Thomson-effekt", et fænomen, hvor varmeabsorption/-frigivelse proportional med en påført temperaturforskel og ladestrøm (dvs. Thomson-effekten) ændres anisotropisk afhængigt af på magnetiseringsretningen i magnetiske materialer.

Denne forskning forventes at føre til yderligere udvikling af grundlæggende fysik og materialevidenskab relateret til fusionsområdet for termoelektrik og spintronik, samt til udvikling af nye funktionaliteter til at styre termisk energi med magnetisme. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters .

Thomson-effekten har længe været kendt som en af ​​de grundlæggende termoelektriske effekter i metaller og halvledere sammen med Seebeck- og Peltier-effekterne, som er drivende principper for termoelektriske konverteringsteknologier.

Selvom magnetismens indflydelse på Seebeck- og Peltier-effekterne er blevet undersøgt i mange år, er det ikke blevet afklaret, hvordan Thomson-effekten påvirkes af magnetiske felter og magnetisme, fordi den termoelektriske omdannelse af Thomson-effekten generelt er lille og dens måling og kvantitativ. estimeringsmetoder er ikke blevet fuldt etableret.

Under sådanne omstændigheder rapporterede NIMS i 2020 et eksperimentelt resultat, hvor Thomson-effekten i ikke-magnetiske ledere blev observeret at ændre sig med et magnetfelt (dvs. magneto-Thomson-effekten).

Denne gang lykkedes det forskerne at observere den anisotrope magneto-Thomson-effekt i magnetiske materialer gennem mere præcise termiske målinger. Den anisotrope magneto-Thomson-effekt i magnetiske materialer adskiller sig fra den konventionelle magneto-Thomson-effekt i ikke-magnetiske materialer, og dette er den første direkte observation af det uudforskede fænomen.

NIMS-forskerholdet brugte en termisk måleteknik kaldet lock-in termografi til præcist at måle den temperaturfordeling, der genereres, når en ladestrøm påføres en ferromagnetisk legering Ni₉₅ Pt₅ mens der blev anvendt en temperaturforskel, og verificeret, hvordan Thomson-effekten ændrer sig afhængigt af magnetiseringsretningen.

Som et resultat blev det fundet, at mængden af ​​varmeabsorption (eller varmeafgivelse) genereret i Ni₉₅ Pt₅ legering er større, når temperaturgradienten og ladestrømmen er parallelle med magnetiseringen, end når de er vinkelrette på magnetiseringen. Dette resultat er i overensstemmelse med den adfærd, der forventes fra målinger af Seebeck- og Peltier-effekterne i magnetiske materialer.

Denne forskning har klarlagt de grundlæggende egenskaber ved den anisotrope magneto-Thomson-effekt og etableret teknikker til dens kvantitative måling. I fremtiden vil forskerne fortsætte med at udforske fysikken, materialerne og funktionaliteterne af den anisotrope magneto-Thomson-effekt for at undersøge ny fysik forårsaget af samspillet mellem varme, elektricitet og magnetisme og for at udvikle applikationer til termiske styringsteknologier, der vil bidrage til forbedret effektivitet og energibesparelse i elektroniske enheder.

Dette projekt blev udført af Rajkumar Modak (specialforsker, forskningscenter for magnetiske og spintroniske materialer CMSM), NIMS), Takamasa Hirai (forsker, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (direktør, CMSM, NIMS) og Ken-ichi Uchida (Distinguished Group Leader, CMSM, NIMS).

Flere oplysninger: Rajkumar Modak et al., Observation of the Anisotropic Magneto-Thomson Effect, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.206701

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af National Institute for Materials Science