Los físicos de la Universidad de Tokio han descubierto una nueva forma de generar electricidad en materiales especiales llamados imanes Weyl. El método aprovecha los gradientes de temperatura, diferencias de temperatura en todo un material. Esto podría allanar el camino para dispositivos de detección remota sin mantenimiento o incluso implantes médicos.

"Nuestro método explota un fenómeno llamado efecto Nernst anómalo que nunca antes se había utilizado de esta manera, ", dice el profesor Satoru Nakatsuji del Instituto de Física del Estado Sólido." Me imagino que esta podría ser la fuente de energía para una nueva generación de baja potencia, Dispositivos electrónicos de bajo mantenimiento. Hemos creado algo que los ingenieros de dispositivos pequeños estaban esperando ".

Entonces, ¿qué es este efecto Nernst anómalo y cómo podría conducir a un gran salto adelante?

"El efecto Nernst anómalo es cuando una pieza de metal magnetizada genera un voltaje sujeto a un gradiente de calor a través de ella, por lo que hace más calor por un lado y más fresco por el otro, "explica Nakatsuji. Esto es similar a un fenómeno más establecido llamado efecto Seebeck, que es responsable de la generación de energía en termopilas, los componentes funcionales de los generadores termoeléctricos. Estos se utilizan en sondas del espacio profundo como Voyager y New Horizons, entre otras cosas. Con el efecto Seebeck, el voltaje se genera entre las regiones frías y calientes del metal en cuestión, por lo que es paralelo al gradiente de temperatura. Sin embargo, el efecto Nernst anómalo genera un voltaje a lo largo de una pieza de metal magnetizada, perpendicular al gradiente de temperatura.

Los investigadores observan este efecto en un tipo especial de metal (Co2MnGa) conocido como imán Weyl. Esto proporciona la primera evidencia clara de la existencia de fermiones de Weyl en un material, partículas elementales que dan a los imanes Weyl sus propiedades únicas. Y hay importantes implicaciones prácticas. Los dispositivos son mucho más simples que los utilizados para el efecto Seebeck, películas delgadas en lugar de estructuras en forma de pilares gracias a ese voltaje perpendicular en lugar de paralelo. Por lo tanto, son flexibles y se pueden hacer en una variedad de formas útiles. "Nuestros materiales, ser mucho más común y completamente no tóxico también significa que los dispositivos pueden ser mucho más baratos de producir, "dice Nakatsuji." Lo mejor de todo, a diferencia de los dispositivos anteriores, son eficientes a temperatura ambiente, por lo que la producción en masa de tales dispositivos está en nuestra mira ".

Sin embargo, hay una condición, en que el método generalmente produce alrededor de 0.1% del voltaje del sistema de efecto Seebeck equivalente, aproximadamente 0,1 microvoltios en comparación con 100 microvoltios, por lo que es posible que no veamos esta tecnología en las sondas espaciales en el corto plazo. "Sin embargo, Nuestro objetivo es hacer que nuestro método sea comparable con el efecto Seebeck en términos de eficiencia, "dice Nakatsuji." E incluso antes de eso, dadas las otras ventajas, esta tecnología podría experimentar una rápida adopción generalizada ". Desde el descubrimiento de las termopilas magnéticas Weyl en 2015, que exhiben el efecto Nernst anómalo, Ha habido un aumento mil veces mayor en su eficiencia de generación de energía, con este hallazgo reciente solo observando 8 microvoltios por Kelvin, todo un orden de magnitud aumenta con respecto al valor máximo informado anterior de aproximadamente 0,1 microvoltios por Kelvin.

Los ingenieros se esfuerzan continuamente por mejorar la eficiencia energética de los dispositivos y las fuentes que proporcionan esa energía. Un objetivo general es crear dispositivos funcionales, como sensores, que podría ponerse a trabajar y luego dejarse solo sin necesidad de mantenimiento o baterías de reemplazo. Generarían energía con sus propios dispositivos de termopila Weyl mediante el uso de calor ambiental o residual o tal vez incluso la luz solar. Los informáticos también pueden estar interesados ​​en estos hallazgos, ya que los imanes Weyl pueden ser útiles en el futuro de alta velocidad, tecnologías de almacenamiento de datos de alta densidad.

El estudio se publica en Física de la naturaleza .