Una nueva investigación ha demostrado que un compuesto de uranio magnético puede tener fuertes propiedades termoeléctricas, generando cuatro veces el voltaje transversal del calor que el récord anterior en un compuesto de cobalto-manganeso-galio. El resultado abre un nuevo potencial para los elementos actínidos en la parte inferior de la tabla periódica y apunta a una nueva dirección en la investigación de materiales cuánticos topológicos.

"Descubrimos que el gran acoplamiento espín-órbita y las fuertes correlaciones electrónicas en un sistema de uranio-cobalto-aluminio dopado con rutenio dieron como resultado una conductividad de Nernst anómala colosal, "dijo Filip Ronning, investigador principal en el artículo publicado hoy en Avances de la ciencia . Ronning es director del Instituto de Ciencia de Materiales del Laboratorio Nacional de Los Alamos. "Ilustra que las aleaciones de uranio y actínidos son materiales prometedores para estudiar la interacción entre la topología de un material y las fuertes correlaciones de electrones. Estamos muy interesados ​​en comprender, afinando y eventualmente controlando esta interacción, así que, con suerte, algún día podremos aprovechar algunas de estas notables respuestas ".

La respuesta de Nernst ocurre cuando un material convierte un flujo de calor en voltaje eléctrico. Este fenómeno termoeléctrico se puede aprovechar en dispositivos que generan electricidad a partir de una fuente de calor. El ejemplo actual más notable son los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) que se desarrollaron en parte en Los Alamos. Los RTG utilizan el calor de la desintegración radiactiva natural del plutonio-238 para generar electricidad; uno de esos RTG está alimentando actualmente el rover Perseverance en Marte.

"Lo que es emocionante es que este efecto Nernst anómalo y colosal parece deberse a la rica topología del material. Esta topología se crea mediante un gran acoplamiento espín-órbita, que es común en actínidos, "Dijo Ronning." Una consecuencia de la topología en metales es la generación de una velocidad transversal, que puede dar lugar a una respuesta de Nernst como observamos. También puede generar otros efectos como nuevos estados de superficie que pueden ser útiles en diversas tecnologías de información cuántica ".

El sistema de uranio estudiado por el equipo de Los Alamos generó 23 microvoltios por kelvin de cambio de temperatura, cuatro veces más grande que el récord anterior. que fue descubierto en una aleación de cobalto-manganeso-galio hace un par de años y también atribuido a este tipo de orígenes topológicos.