El estudio se publica en la revista Advanced Science. .

En los últimos años se han investigado exhaustivamente las tecnologías termoeléctricas basadas en el efecto Seebeck capaces de convertir el calor residual y otras fuentes de calor en electricidad. El efecto Seebeck normalmente genera una corriente eléctrica que fluye paralela al flujo de calor asociado (es decir, un efecto termoeléctrico longitudinal). Esta limitación física requiere que los dispositivos basados ​​en el efecto Seebeck tengan estructuras complejas, lo que reduce la vida útil y aumenta los costos de fabricación.

Por otro lado, al aprovechar los efectos termoeléctricos transversales, como el anómalo efecto Nernst, los dispositivos termoeléctricos pueden tener estructuras mucho más simples que los dispositivos basados ​​en el efecto Seebeck, lo que los hace potencialmente útiles en la recolección de energía y la detección del flujo de calor. Sin embargo, el rendimiento de la conversión termoeléctrica a temperatura ambiente resultante del anómalo efecto Nernst es actualmente muy bajo (se pueden generar menos de 10 μV de electricidad con una diferencia de temperatura de 1 K a temperatura ambiente), lo que presenta una desventaja importante.

El equipo de investigación fabricó un compuesto termoeléctrico con una estructura muy simple:un par de capas de material termoeléctrico y magnético apiladas una encima de otra para que la electricidad pudiera fluir a través de ellas. Este dispositivo fue capaz de exhibir un efecto termoeléctrico transversal significativamente mayor que el producido únicamente por los materiales magnéticos existentes capaces de exhibir el efecto Nernst anómalo en la primera demostración experimental de este tipo.

Para lograr el gran efecto termoeléctrico transversal, el equipo primero construyó un modelo teórico y estimó la relación de espesor óptima entre el sustrato termoeléctrico de silicio (Si) emparejado capaz de exhibir un gran efecto Seebeck y la delgada aleación magnética de hierro y galio (Fe-Ga). película. Luego, el equipo apiló la película delgada de Fe-Ga sobre un sustrato de Si con la relación de espesor óptima. Este compuesto produjo un voltaje de salida máximo de 15,2 μV/K, aproximadamente seis veces mayor que el generado por la aleación Fe-Ga sola (2,4 μV/K) según el efecto anómalo de Nernst.

El equipo demostró que una estructura en capas simple compuesta por un par de capas de material termoeléctrico y magnético en contacto directo era capaz de producir un efecto termoeléctrico transversal significativamente mayor que los materiales magnéticos capaces de exhibir el anómalo efecto Nernst cuando se usaban solos. Se espera que este compuesto sea aplicable en una amplia gama de dispositivos termoeléctricos prácticos.

En el futuro, la investigación se ampliará para incluir materiales a granel necesarios para aplicaciones prácticas, destinadas a contribuir a la conservación de energía de la sociedad a través de aplicaciones de dispositivos de generación de energía termoeléctrica.

Este proyecto fue llevado a cabo por Weinan Zhou (investigador ICYS, Centro Internacional para Jóvenes Científicos, NIMS), Yuya Sakuraba (líder de grupo, Grupo de Dispositivos Funcionales Magnéticos, Centro de Investigación de Materiales Magnéticos y Espintrónicos (CMSM), NIMS), Ken-ichi Uchida (líder de grupo distinguido, Spin Caloritronics Group, CMSM, NIMS) y Taisuke Sasaki (líder de grupo, grupo de análisis de nanoestructuras, CMSM, NIMS).