Grænser ingen barriere for termoelektricitet

Selvom sommer -OL blev udskudt, der er mindst ét ​​sted at se smidige forhindrere gå efter guldet.

Du mangler bare en måde at se disse elektronspil på.

Ved hjælp af et nyt optisk detektionssystem, forskere ved Rice University fandt ud af, at elektricitet genereret af temperaturforskelle ikke ser ud til at blive påvirket målbart af korngrænser placeret i vejen i nanoskala guldtråde, mens belastning og andre defekter i materialet kan ændre denne "termoelektriske" reaktion.

Fænomenet kunne muliggøre påvisning af krystallinske defekter i ledende materialer, der er vanskelige at få øje på og karakterisere med selv de mest avancerede mikroskopiske metoder.

Resultatet var en overraskelse for forskere ledet af risfysikeren Doug Natelson og doktorgradsstudenten Charlotte Evans, nu en personaleforsker ved Sandia National Laboratories, der forfulgte forklaringen efter at have set målinger, de ikke kunne forklare for et par år siden.

"Mange gange, folk tænker på den termoelektriske effekt, når de bygger solpaneler eller genererer strøm fra dette eller hint, "Evans sagde." Vi argumenterer i stedet for, at den termoelektriske effekt er et virkelig interessant diagnostisk værktøj. "

Undersøgelsen vises i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Korngrænser er planerne i materialer, hvor forkert justerede krystaller mødes, tvinger atomer langs kanten til at justere, når de binder til deres naboer. Målinger i bi-krystal guld nanotråde fremstillet af gruppen af ​​ingeniører fra Stanford University og medforfatter Jonathan Fan viste ingen påviselig effekt på termoelektriske spændinger ved korngrænsen-elektronerne i metallet ignorerede simpelthen den enkeltkornede grænse.

Temperaturforskelle i ledere skaber termoelektricitet gennem Seebeck -effekten, en type termoelektrisk effekt. Denne effekt bruges almindeligvis til at måle temperaturforskelle og til at styre termostater. Natelson -laboratoriet udløste Seebeck -effekten ved at opvarme en del af Fan's ledninger med en tæt kontrolleret laser, driver elektroner til at bevæge sig fra det varme sted mod koldere områder, og producerede en spænding, der skal måles. Der blev ikke set nogen målbar ændring i spændingen, da laseren blev flyttet over korngrænsen i bi-krystallerne.

Da laseren blev flyttet på tværs af dele af de samme ledninger, der var deformerede, med forvrængninger i krystalgitteret gennem tråden, ændringer i spændingen blev tydelige, Sagde Natelson. Glødning af de forvrængede enheder helbredte delvist fejlene, hvilket resulterer i klare ændringer i den termoelektriske strøm.

"Der er et fællesskab af mennesker, der leger med at forbedre den termoelektriske reaktion, "Natelson sagde." De skal være opmærksom på, at strukturelle spørgsmål som meget små forvrængninger af gitteret har virkninger, der ikke nødvendigvis er små. Folk har en tendens til at ignorere disse små strukturelle spørgsmål, men når som helst du laver tyndfilmsenheder, der er indbagt stress og belastning i materialet, bare på grund af den måde, den er lavet på. "

Evans sagde, at nanoskala -krystaller ofte karakteriseres via elektronbackscatter -diffraktion (EBSD), en dyr og tidskrævende proces. "Fordelen ved vores proces er dens enkelhed, "sagde hun." Vi bruger en stor pletstørrelse fra en laser, to mikron, som er meget større end størrelsen på en e-stråle, og vi kan opdage variationer ved hjælp af kun en lock-in teknik, en scanningslaser og en spændingsforstærker.

"Hvis du ser på de almindelige EBSD -data, det ser ud som om du har en uberørt krystal, "sagde hun." Og det er først, når du efterbehandler dataene og ser på, hvordan hver pixel varierer fra den næste, at du ville se små forvrængninger langs trådens længde. Det er kompliceret at opdage. Derfor er det så bemærkelsesværdigt, at vi kunne opdage disse små variationer med en laser. "

"Så hvis du vil gøre noget smart og udnytte den termoelektriske reaktion, du skal forstå de enheder, du laver med standard, top-down fremstillingsmetoder, "Natelson sagde." Stress og belastning og hvad der virkede som mindre strukturelle ufuldkommenheder, kan have en let påviselig indflydelse. "