Dans leur quête d'une utilisation efficace de l'énergie, les scientifiques étudient des matériaux, c'est-à-dire des matériaux thermoélectriques, capables de transformer efficacement la chaleur en électricité. Un form spécifique, appelé aimants topologiques, suscite beaucoup d’attention car il présente l’effet Nernst anormal. Dans l'effet Nernst anormal, une stress est générée perpendiculairement au gradient de température et au champ magnétique appliqué dans un matériau ferromagnétique.
- Les scientifiques étudient les aimants topologiques pour convertir la chaleur en électricité de manière efficace.
- Un groupe de recherche a réussi à créer des polarités positives et négatives avec un matériau spécial appelé Co3Sn2S2.
- La substitution d'éléments dans le matériau a permis d'inverser le signe de la tension thermoélectrique, ouvrant la voie à des applications potentielles dans la conversion d'énergie magnéto-thermoélectrique.
Bien que certains dispositifs aient montré des performances améliorées en combinant des couches avec différents signes de thermopuissance dans les dispositifs à thermopile, cette approche nécessite généralement l'utilisation de différents matériaux et une modification du processus de fabrication.
Dans le cadre d'une avancée majeure, un groupe de recherche collaboratif a démontré la capacité de créer des polarités positives et négatives lors de la output d'électricité à partir de chaleur en utilisant un matériau spécial appelé Co3Sn2S2, connu pour ses propriétés magnétiques topologiques. Cette percée a été réalisée en remplaçant simplement certains éléments du composé magnétique.
Le groupe était dirigé par le professeur agrégé Kohei Fujiwara et le professeur Atsushi Tsukazaki de l'Institut de recherche sur les matériaux (IMR) de l'Université de Tohoku le chercheur Takamasa Hirai et le chef de groupe distingué Ken-ichi Uchida de l'Institut nationwide de science des matériaux (NIMS) et le professeur agrégé Yuki Yanagi de l'Université préfectorale de Toyama.
Les détails de leurs découvertes ont été rapportés dans la revue Mother nature Physics le 8 janvier 2024.
« Nous nous sommes concentrés sur un ferromagnétique à base de cobalt-étain-soufre car or truck son état électronique topologique est adapté pour contrôler la polarité de l'effet Nernst anormal selon notre étude théorique précédente », a déclaré Fujiwara.
Pour valider leur idea, l'équipe a procédé à une substitution élémentaire by means of les processus de croissance des films minces, une approach largement utilisée dans la technologie des semi-conducteurs. Ils ont découvert que la substitution appropriée du nickel et de l’indium entraînait une inversion du signe de la rigidity thermoélectrique grâce à la modulation de l’état électronique topologique.
« La disponibilité d'éléments de foundation communs pour la fabrication de dispositifs à thermopile contribuera à la réduction des ressources et des coûts. Notre idea s'appliquera à d'autres aimants topologiques et accélérera le développement de matériaux magnéto-thermoélectriques supérieurs », ajoute Fujiwara.
