科学家发现“顺磁振子曳引热电”效应 有助于更有效地收集热能

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据外媒报道,国际研究团队发现,即便是在顺磁材料中,甲烷二氧化碳气体气体中的自旋局部热扰动不能实现热能转换。就让 ,大伙儿一个劲认为,在顺磁材料中,自旋关联时间不长,无法做到你这种 点。该效应被称为“顺磁振子曳引热电(paramagnon drag thermopower)”,还不能 将温差转变为电能。你这种 发现能够更有效地下发热能,类事,将汽车尾气中的热量转化为电能,提高燃料效率,或通过体热为智能服装提供动力。

参与此项研究的包括北卡罗莱纳州立大学(NCSU)、美国能源部橡树岭国家实验(ORNL)、中国科学院和俄亥俄州立大学(Ohio State University)的科学家。在带有磁性离子的甲烷二氧化碳气体气体中(类事锰),自旋热扰动或彼此对齐(铁磁体或反铁磁体),或不对齐(顺磁体)。然而,顺磁材料中的自旋不必删剪随机。它们会形成短暂、短程和局部有序行态的顺磁振子,哪几个振子仅能位于很短的时间,因此 只延伸到两到三个小原子上。研究人员表示,尽管位于哪几个缺点,顺磁振子仍能在温差中产生移动,并推动自由电子一同移动,从而产生顺磁振子曳引热电。在一项概念性验证发现中,研究小组观察到,即便在非常高的温度下,碲化锰(MnTe)中仍能产生顺磁振子曳引问題,所产生的热电,比仅靠电子电荷产生的能量要高得多。

研究小组对“顺磁振子曳引热电”概念进行测试。大伙儿将掺锂MnTe加热至高于其奈耳温度(34摄氏度)250摄氏度。奈耳温度(Néel temperature)指的是反铁磁性材料(或亚铁磁性材料)由反铁磁情况(或亚铁磁情况)转变为顺磁情况的临界温度。 卡罗来纳大学电气和计算机工程与材料科学教授Daryoosh Vashaee表示:“大伙儿认为,当高于奈耳温度时,自旋波产生的热电会减少。然而,大伙儿这样 想看 预期中的下降问題,大伙儿想找出意味着 。”

在美国能源部橡树岭国家实验室,研究小组利用散裂中子源的中子频谱,来确定物质内内外部位于的变化。材料科学家Raphael Hermann表示:“大伙儿观察到,即使这样 持续性的自旋波,局部的离子团簇也不能将它们的自旋关联足够长时间,产生可见磁涨落。”研究小组证明,哪几个自旋波的寿命要花费为50飞秒,足够曳引电子电荷,这只需用要花费1飞秒,或1千万亿分之一秒。Hermann说:“因此 ,短暂的自旋波还不能 推动电荷,并产生足够的热电,阻止位于预期中的下降问題。”

俄亥俄州立大学机械与航天工程教授Joseph Heremans表示:“在这项研究就让 ,大伙儿认为,这样在磁性有序材料中,不能产生磁振子曳引,而在顺磁性材料中这样产生。因此 最好的热电材料是半导体,大伙儿知道在室温或更高温度下这样 铁磁半导体,所以 ,大伙儿从来没想过,在实际应用中,还不能 利用磁振子曳引来提高热电效率。你这种 新发现彻底改变了你这种 认识,现在,大伙儿还不能 对顺磁性半导体进行研究。”

中国科学院教授Huaizhou Zhao称:“大伙儿观察到,在低于或接近奈耳温度时,塞贝克系数一个劲崛起,因此 一个劲持续至高温情况。大伙儿怀疑,一定位于了某些与自旋有关的重要反应。所以 ,大伙儿组成研究团队,从而为你这种 发现奠定基础。”

Vashaee表示:“在热电效应中,自旋通过减轻泡利斥力对电子的影响,为热电学领域提供新范例。通过自旋塞贝克效应,发现自旋电子学新领域。如同在该效应中想看 的,自旋角动量被转移到电子上。自旋波(即磁振子)和顺磁情况下的局部磁化热涨落(即顺磁性),将它们的线性动量传递给电子,并产生热电。”