<!DOCTYPE html> Термоэлектрический преобразователь на основе обратного спинового эффекта Холла. — Русский
Вы здесь: Главная / Популяризация науки / Новости науки / Термоэлектрический преобразователь на основе обратного спинового эффекта Холла.

Термоэлектрический преобразователь на основе обратного спинового эффекта Холла.

01.04.2014. Представьте себе компьютер который может использовать выделяющееся внутри него тепло для производства электроэнергии.

Хотя такая идея может показаться надуманной, тем не менее уже сейчас достигнут значительный прогресс в создании таких устройств. Исследователи научно-исследовательской лаборатории наноструктурных материалов в Университете штата Юта изготовили тонкую пленку, работающую на принципах спинтроники, которая может преобразовывать тепловой градиент в электроэнергию. "Наши спинтронные термоэлектрические устройства работают при комнатной температуре и не требуют приложения внешнего магнитного поля", утверждают разработчики.

Самым важным и интересным аспектом этого исследования является то, что это устройство создано не из традиционных термоэлектрических материалов, которые при нагревании, создают напряжение из-за движения носителей заряда. Этот эффект, называемый эффектом Зеебека, имеет фундаментальное ограничение. В частности, для достижения эффективности преобразования тепла в электроэнергию, которая являются приемлемой для практического применения, электропроводность термоэлектрического материала должен быть максимальной, а его теплопроводность должна быть одновременно свести к минимуму. Эти два требования противоречат друг другу.

Представленное устройство функционирует на базе совершенно иной концепции, известной как spin-caloritronics. Здесь тепловой и электрической транспорт происходит в разных частях устройства и, следовательно, такое устройство не страдает от проблем, с которыми сталкиваются традиционные преобразователи.

Для изготовления спинтроного термоэлектрического преобразователя, исследователи из Юты напылили тонкие пленки висмут-легированного железо иттриевого граната (Bi-ЖИГ) используя 25 наносекундный импульсный лазер. Поверх слоя Bi-ЖИГ был напылён слой платины толщиной 10 нм, который наносился с помощью электронно-лучевого напыления. Подготовленная двухслойная структура находилась в магнитном поле в течение нескольких минут, чтобы намагнитить слой Bi-ЖИГ. После этого внешнее магнитное поле выключали и прикладывали температурный градиент перпендикулярно слоям. Разница температур приводит к возбуждению в Bi-ЖИГ коллективных колебаний локализованных спинов, называемых так же магнонами. Когда поток магнонов достигает слоя платины, он преобразуется в электрическое напряжение через процесс известный как обратный спиновый эффекта Холла.

Исследователям пришлось создать сильную шероховатость на поверхности пленок Bi-YIG с помощью лазерных импульсов очень высокой плотности энергии. Шероховатая поверхность существенно увеличивает магнитную коэрцитивную силу в пленке. Из-за большой коэрцитивной силы устройство, однажды намагниченное, остаётся таковым впоследствии и не требует приложения внешнего магнитного поля. Экспериментальные данные работы хорошо согласуются с предсказаниями теории магнонного транспорта.

   01042014.jpg

Схематическое представление экспериментальной установки
для измерения спинового эффекта Зеебека.

01042014_1.jpg

Электрическое напряжение как функция приложенного магнитного поля для различных градиентов температуры. Зависимости получены при температуре 300 K.


Источник информации:
относится к: ,
Навигация